中國科研團隊第四代半導體氧化鎵領(lǐng)域獲重要突破

近日，廈門(mén)大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院楊偉鋒教授團隊在第四代半導體氧化鎵（β-Ga2O3）外延生長(cháng)技術(shù)和日盲光電探測器制備方面取得重要進(jìn)展，為β-Ga2O3異質(zhì)外延薄膜的大面積生長(cháng)和高性能的器件應用提供了重要支持。

β-Ga2O3材料因其本征日盲光吸收(254 nm)，簡(jiǎn)單二元組成，帶隙可調，制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢在日盲光電探測器領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。在β-Ga2O3薄膜生長(cháng)方面，研究團隊利用分子束外延技術(shù)（MBE）實(shí)現了高質(zhì)量、低缺陷密度的外延薄膜生長(cháng)。并通過(guò)改變反應物前驅體和精密控制生長(cháng)參數，成功實(shí)現了β-Ga2O3外延薄膜的均勻生長(cháng)和優(yōu)良的晶體質(zhì)量，有力地推動(dòng)了β-Ga2O3薄膜的高質(zhì)量異質(zhì)外延的發(fā)展。同時(shí)，研究團隊還通過(guò)對MBE外延生長(cháng)過(guò)程中的β-Ga2O3薄膜生長(cháng)機制進(jìn)行詳細探究，揭示了其成核、生長(cháng)的差異性，并建立了相對應的外延生長(cháng)機理模型圖。

在β-Ga2O3日盲光電探測器制備方面，研究團隊基于II型能帶結構制備的CuCrO2/β-Ga2O3 p-n異質(zhì)結型的自供電日盲光電探測器具有6.5 pA的低暗電流、5.7×104的高光暗電流比、50 mA/W的高響應度、3.7×1012 Jones的高探測率和24.6%的高外量子效率，優(yōu)于大多數報道的基于β-Ga2O3的異質(zhì)結光電探測器。

另外，研究團隊在MBE異質(zhì)外延β-Ga2O3生長(cháng)機制的基礎上，結合半導體光電響應原理，探究了異質(zhì)外延β-Ga2O3薄膜日盲光電探測器的性能指標。研究團隊利用臭氧作為前驅體所制備的金屬-半導體-金屬結構日盲光電探測器表現出7.5 pA的暗電流、1.31×107的光暗電流比、1.31×1015 Jones的比檢測率和 53 A/W的光響應度，表現出相當優(yōu)異的對日盲紫外光的探測性能。

同時(shí)針對外延薄膜光電探測器暗電流大的不足，研究團隊在金半界面處引入了鈍化層改善器件性能：利用AlN/β-Ga2O3界面工程對金半界面處的載流子傳輸進(jìn)行調控，所制備的金屬-絕緣體-半導體-絕緣體-金屬（MISIM）結構的日盲光電探測器實(shí)現了響應度和響應速度的同時(shí)優(yōu)化。具有 3 nm AlN 層的光電器件表現出482 A/W的響應度、2.48×1015 Jones 的比探測率和0.10 s的快下降時(shí)間。

研究團隊在β-Ga2O3材料和器件的研究進(jìn)展為超寬禁帶半導體在日盲深紫外探測器領(lǐng)域的應用和發(fā)展提供了技術(shù)參考，推動(dòng)超寬禁帶半導體基光電子技術(shù)的創(chuàng )新發(fā)展，為構建低噪聲、高光響應的光電子器件開(kāi)拓了研究途徑。