中國科研團(tuán)隊(duì)第四代半導(dǎo)體氧化鎵領(lǐng)域獲重要突破

近日，廈門大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院楊偉鋒教授團(tuán)隊(duì)在第四代半導(dǎo)體氧化鎵（β-Ga2O3）外延生長技術(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和高性能的器件應(yīng)用提供了重要支持。

β-Ga2O3材料因其本征日盲光吸收(254 nm)，簡單二元組成，帶隙可調(diào)，制備工藝簡單等優(yōu)勢在日盲光電探測器領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。在β-Ga2O3薄膜生長方面，研究團(tuán)隊(duì)利用分子束外延技術(shù)（MBE）實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量、低缺陷密度的外延薄膜生長。并通過改變反應(yīng)物前驅(qū)體和精密控制生長參數(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了β-Ga2O3外延薄膜的均勻生長和優(yōu)良的晶體質(zhì)量，有力地推動了β-Ga2O3薄膜的高質(zhì)量異質(zhì)外延的發(fā)展。同時，研究團(tuán)隊(duì)還通過對MBE外延生長過程中的β-Ga2O3薄膜生長機(jī)制進(jìn)行詳細(xì)探究，揭示了其成核、生長的差異性，并建立了相對應(yīng)的外延生長機(jī)理模型圖。

在β-Ga2O3日盲光電探測器制備方面，研究團(tuán)隊(duì)基于II型能帶結(jié)構(gòu)制備的CuCrO2/β-Ga2O3 p-n異質(zhì)結(jié)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(yīng)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(shù)報道的基于β-Ga2O3的異質(zhì)結(jié)光電探測器。

另外，研究團(tuán)隊(duì)在MBE異質(zhì)外延β-Ga2O3生長機(jī)制的基礎(chǔ)上，結(jié)合半導(dǎo)體光電響應(yīng)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(biāo)。研究團(tuán)隊(duì)利用臭氧作為前驅(qū)體所制備的金屬-半導(dǎo)體-金屬結(jié)構(gòu)日盲光電探測器表現(xiàn)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(yīng)度，表現(xiàn)出相當(dāng)優(yōu)異的對日盲紫外光的探測性能。

同時針對外延薄膜光電探測器暗電流大的不足，研究團(tuán)隊(duì)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(diào)控，所制備的金屬-絕緣體-半導(dǎo)體-絕緣體-金屬（MISIM）結(jié)構(gòu)的日盲光電探測器實(shí)現(xiàn)了響應(yīng)度和響應(yīng)速度的同時優(yōu)化。具有 3 nm AlN 層的光電器件表現(xiàn)出482 A/W的響應(yīng)度、2.48×1015 Jones 的比探測率和0.10 s的快下降時間。

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