【器件论文】基于反向置换生长新路线制备的 β-Ga₂O₃/GaN 异质结的高性能紫外光探测器

        由东北师范大学的研究团队在学术期刊 Journal of Materials Science & Technology 发布了一篇名为 High-performance UV photodetector based on β-Ga₂O₃/GaN heterojunction prepared by a new route of reverse substitution growth（基于反向置换生长新路线制备的 β-Ga₂O₃/GaN 异质结的高性能紫外光探测器）的文章。

摘要

        在 β-Ga₂O₃/GaN 异质结中，通过在 GaN 基质的顶层高温取代氮为氧，合成了具有超高探测率和快速响应速度的宽谱紫外光电探测器。详细研究了 GaN 在高温下转变为 β-Ga₂O₃ 的过程和机制。新形成的氧化层是单斜 β-Ga₂O₃，具有 (-201) 优先生长方向。X 射线光电子能谱 (XPS) 和原子力显微镜 (AFM) 测量分别鉴定了 β-Ga₂O₃ 的氧空位和表面平整度，这与 GaN 的晶体质量密切相关。随着 GaN 前驱体晶体质量的提高，β-Ga₂O₃ 的氧空位和表面粗糙度均方根减小。横截面透射电子显微镜 (TEM) 测量表明，在 β-Ga₂O₃ 和六方 GaN 之间的界面区域存在厚度为 5 nm 的六方相 GaN_xO_3(1−x)/2 过渡层。这表明六方系统在 GaN 基质中氮被氧取代的情况下重新构形成单斜系统。金属-半导体-金属 (MSM) 平面结构器件实现了超高检测能力（响应度=2493.5 A/W，探测度>10¹⁶ Jones）。响应时间为毫秒级（τ_r=0.27 ms, τ_d1/τ_d2=0.33 ms/4.3 ms）。在日盲波长范围内，在 β-Ga₂O₃/GaN 异质结中观察到具有 0.6 mA/W 响应度和 5.3 × 10¹¹ Jones 探测度的自供电紫外光电快速响应（τ_r=5 μs, τ_d1/τ_d2=0.13 ms/2.3 ms）。在施加 -10 V 偏压的情况下，光电探测器的响应变为宽谱，覆盖 UVA-UVC 波长范围，光响应度高达 13.5 A/W。探测度达到 2.6 × 10¹⁵ Jones 的高值。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.11.032