作为一种新型的超宽禁带半导体，氧化镓的生长、光电性质与器件应用正受到越来越多人的重视。虽然氧化镓已被证明能形成不同的晶格结构，如β、α、γ、δ以及??等，但目前研究最多还是所谓β型氧化镓。掺杂是改变半导体光电性质的基本手段，也是半导体器件应有的必由之路。这对于氧化镓也不例外。例如，通过掺入Si杂质能使氧化镓成为有效的所谓电子型（n-型）导电半导体。在过去的研究中，人们主要研究了Si掺杂氧化镓薄膜的生长以及对其导电性质的影响。而有关Si掺杂对于氧化镓的光学性质，尤其是对光子能量低于氧化镓禁带宽度的折射率色散、有效光学禁带宽度、透射光谱、吸收系数等光学性质影响的理论研究非常少，甚至基本上还处于空白状态。

近日，香港大学及复旦大学徐士杰教授课题组利用他们（包一天、徐士杰等）最近提出的有关半导体及绝缘体亚禁带长波长的折射率色散及有关基础光学性质的唯象理论模型，对于Si掺杂β氧化镓的亚禁带折射率色散与光学性质进行了理论解释。他们在该工作给出了Si掺杂氧化镓折射率在亚禁带长波长波段的色散关系的清晰表达式，定量解释了其他课题组有关实验结果，确定了Si掺杂氧化镓薄膜的光学有效禁带宽度，发现其光学有效禁带宽度随掺杂浓度的增加而衰减。该工作也在弗雷泽-克莱德希（Franz–Keldysh）电场效应理论框架基础上，计算出了Si掺杂氧化镓的亚禁带吸收系数，与已有的实验数据符合良好。这些发现对于我们深刻理解Si掺杂氧化镓以及其它宽禁带半导体在亚禁带长波长波段的光学性质，如折射率色散、光学有效禁带宽度移动、反射谱、透射谱等的变周期震荡现象等具有一定的意义，也对于氧化镓光电器件的设计与制造具有一定的参考价值。

该文章以题为“Sub-bandgap refractive indexes and optical properties of Si-doped β-Ga2O3 semiconductor thin films”发表在Journal of Semiconductors上。

图1. 氧化镓在亚禁带长波长波段的折射率（黑色方块为实验数据）和理论曲线（红色实线）。实验数据来自Rebien M等人的发表论文。

图2. 不同Si掺杂浓度的氧化镓薄膜在亚禁带长波波段的透射光谱（黑色方块为测量光谱）与理论拟合光谱（红色实线）。

Sub-bandgap refractive indexes and optical properties of Si-doped β-Ga2O3 semiconductor thin films

Yitian Bao, Xiaorui Wang, Shijie Xu

J. Semicond. 2022, 43(6): 062802 doi: 10.1088/1674-4926/43/6/062802

Full Text: http://www.jos.ac.cn/en/article/doi/10.1088/1674-4926/43/6/062802

来源：半导体学报2022年第6期-中文导读