最新成果展示：Ga2O3材料数据库的开发及其在日盲紫外光电探测器中的应用

 

      Ga2O3材料是继Si、SiC及GaN后的第四代宽禁带半导体材料，其禁带宽度高达4.9 eV，可定向检测日盲波段的紫外光，且不受太阳光背景辐射的影响，使得该材料有天然的日盲特性。日盲紫外光电探测器凭借其良好的抗干扰能力在紫外通信、火灾监测以及环境保护等领域有着广泛的应用。近期，天津赛米卡尔科技有限公司技术团队开发出了完善的Ga2O3材料数据库，并利用TCAD仿真设计平台搭建了如图1所示的基于金属栅结构的Ga2O3/AlGaN/GaN基日盲紫外探测器。

图1. (a) 具有金属栅结构的Ga2O3/AlGaN/GaN日盲紫外探测器结构示意图；(a1)金属栅区域的TEM图像；(b) Ga2O3薄膜的高分辨率XRD摇摆曲线；(c) Ga2O3/AlGaN/GaN日盲紫外探测器结构俯视图；(d) Ga2O3/AlGaN/GaN日盲紫外探测器的能带分布图。

        同时，技术团队还系统地研究了金属栅在黑暗和光照条件下对二维电子气（2DEG）沟道的“开关”作用的影响。如图2(a)-2(b)所示，在黑暗条件下，金属栅对AlGaN层的耗尽作用有效地抑制了器件的暗电流，即表现为对2DEG沟道的“夹断”作用。如图2(c)-2(d)所示，在光照条件下，Ga2O3吸收层产生的光生电子在电场作用下输运至2DEG沟道，补充了金属栅下方被耗尽的电子，2DEG沟道重新导通，促进光生电子的快速输运。

图2. 无光照情况下，日盲紫外探测器的(a) 电子浓度的二维分布和(b) AlGaN/GaN区域的能带分布图；紫外光照射情况下，日盲紫外探测器的(c) 电子浓度的二维分布和(d) AlGaN/GaN区域的能带分布图。

       此外，如图3所示，技术团队将上述器件结构的实验测试结果与仿真计算结果进行了对比：由于测试设备精度的限制，实验测试的暗电流无法达到理论计算值的量级，但获得的实验测试光电流与仿真计算的光电流在同一数量级水平，验证Ga2O3材料信息数据库的可行性。

图3. (a) 实验测试的光电流和暗电流；(b) 理论计算的光电流和暗电流；蓝色虚线是测试系统的测试极限。

参考文献

[1] " Hybrid Ga2O3/AlGaN/GaN Ultraviolet Detector With Gate Metal in the Grooved AlGaN Layer for Obtaining Low Dark Current and Large Detectivity," IEEE Transactions on Electron Devices, 69(11):6166-6170,  2022, doi: 10.1109/TED.2022.3206186.