【器件论文】基于 Ga₂O₃/GaN PN 结光电探测器的双面多波段紫外线通信系统

        由南京邮电大学的研究团队在学术期刊 ACS Applied Materials & Interfaces 发布了一篇名为 Dual-Sided Multiband Ultraviolet Communication System Based on Ga₂O₃/GaN PN Junction Photodetectors（基于 Ga₂O₃/GaN PN 结光电探测器的双面多波段紫外线通信系统）的文章。

摘要

        近年来，Ga₂O₃/GaN 异质结紫外光电探测器（PDs）因其在紫外（UV）通信、高分辨率成像及多波段光探测中的潜力而备受关注。然而，高昂的晶圆成本及相对简单的器件设计限制了其商业化应用。本研究探讨了通过射频磁控溅射（RF 磁控溅射）法在硅基 GaN 衬底上生长高质量 β-Ga₂O₃ 薄膜，并研究了不同生长温度及退火条件对材料质量的影响。研究中设计并制备了三种器件结构：环形电极、标准电极及复合叉指电极。小间距叉指电极结合扩展载流子收集长度的设计，使器件在自供能条件下表现出优异的灵敏度、探测度及响应速度。在 254 nm 正面紫外照射下，光电探测器表现出 9.18 mA/W 的高灵敏度及 7.71 × 10¹⁰ Jones 的探测度；在 365 nm 照射下，灵敏度为 −2.99 mA/W，探测度为 2.51 × 10¹⁰ Jones。为了进一步增强探测能力，本研究移除了器件的硅背衬，制造出悬浮膜结构的 p-n 结光电探测器，实现了双面光探测，并在不同紫外波长下观察到电流极性的反转。此外，本研究探讨了相关载流子传输机制，并基于环形叉指电极光电探测器构建了一套紫外通信系统。实验表明，在 254 nm 正面照射条件下，该系统能够以 40 kbps 速率传输开关键控调制的伪随机二进制序列信号，而在 365 nm 背面照射条件下，最大传输速率为 30 kbps。研究结果表明，基于 Ga₂O₃/GaN p-n 结的光电探测器在紫外通信领域具有巨大应用潜力。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.4c20148