【国内论文】南京大学---基于Ga₂O₃的日盲紫外线探测器的研究进展

        传统的紫外探测材料（如 SiC、AlGaN）虽然已经成熟，但在波长选择性、响应速度、暗电流控制等方面仍存在明显不足。β-Ga₂O₃ 因其超宽带隙（~4.9 eV）、高击穿电场（>8 MV/cm）和在深紫外（DUV）区的高光吸收系数，成为下一代日盲紫外（200–280 nm）探测器的核心候选材料。此外，其低成本衬底可大尺寸生长，也为大规模商业应用创造条件。

        在过去的几十年里，由于其独特的特性，氧化镓（Ga₂O₃）作为一种超宽禁带半导体吸引了广泛的研究兴趣。诸如日盲紫外光探测器、功率电子器件和气体传感器等氧化镓器件已被成功研制。近来，基于氧化镓的日盲紫外光探测器的开发受到了越来越多的关注，这主要归因于其全天候工作能力和高信噪比。该文章介绍了氧化镓的生长方法，并总结了日盲紫外光探测器领域的相关进展。肖特基势垒光电二极管具有快速响应、高量子效率和低暗电流的特点，但不适合低电压应用。金属-半导体-金属（MSM）光电探测器是最常见的器件结构，但其可调性和响应度相对较差。异质结光电探测器能够在零偏压下工作，具有高灵敏度，但温度稳定性较差。雪崩光电二极管具有高响应度，但存在工作电压高、噪声大和输出非线性的缺点。场效应光电晶体管能够实现更大的光增益并检测微弱信号，但这种器件需要更高品质的氧化镓以及施加外部垂直电压。该篇综述将为从事氧化镓基器件研究的研究人员提供参考，并有利于相关电子产品的未来研究与开发。

        本文介绍了 Ga₂O₃ 的生长方法，并总结了基于 Ga₂O₃ 的日盲紫外光探测器的结构。肖特基势垒光电二极管具有低暗电流、高量子效率和快速响应的特点，但不适合低电压应用。金属-半导体-金属（MSM）光电探测器是最常见的器件结构，但其可调性和响应度相对较差。异质结光电探测器能够在零偏压下工作，具有高灵敏度，但温度稳定性较差。雪崩光电二极管具有高响应度，但存在工作电压高、噪声大和输出非线性的缺点。场效应光晶体管能够实现更大的光增益并检测微弱信号，但这种器件对 Ga₂O₃ 的质量要求较高，并且需要施加外部垂直电压。

        除了日盲紫外探测器外，Ga₂O₃ 还应用于功率器件、气体传感器、光催化、透明导电器件和神经形态计算等领域。尽管在氧化镓薄膜和器件的制备方面已取得诸多进展，但在 p 型掺杂、无意掺杂和缺陷控制以及器件制备工艺优化等研究领域仍存在诸多挑战。为了调控氧化镓材料的电学性能，氧化镓的可控掺杂一直是该领域的热门话题。氧化镓的掺杂研究仍面临巨大挑战，尤其是实现有效的 p 型掺杂非常困难，这严重制约了基于氧化镓材料的 p-n 结和更高性能的雪崩器件的发展。因此，在未来的研究中，解决氧化镓的掺杂问题，特别是 p 型掺杂问题，还有很长的路要走。

图 1. Ga₂O₃ 六种晶型的具体结构。

图 2. 基于 Ga₂O₃ 的不同器件的结构图。

DOI：

doi.org/10.1088/1742-6596/2956/1/012044