重庆师范大学 Gr/β-Ga2O3异质结光伏/光电导双模可调谐光电探测器

重庆师范大学李万俊教授团队（宽带隙半导体材料与器件团队）在Gr/β-Ga2O3异质结光伏/光电导双模可调谐光电探测器研究中取得进展。相关成果以“Voltage-Tunable Graphene/β-Ga2O3 Heterojunction Solar-Blind Photodetector Enabling Photovoltaic and Photoconductive Dual-Mode Operation”为题发表在《Optics Letters》杂志上。叶利娟副教授、余鹏教授和李万俊教授为共同通讯作者。

基于氧化镓的深紫外光电探测器兼具卓越的灵敏度与极低的背景噪声，在军用与民用领域均具有极高的应用价值。然而，传统氧化镓光电导型器件虽具备高内部增益特性，却存在响应速度迟缓的缺陷；与之相反，氧化镓基光伏型光电二极管响应速度较快，但受界面势垒限制，其响应度表现欠佳。此外，传统三维异质结因晶格失配问题，往往面临界面质量较差的困境。针对上述问题，本文提出一种电压可调谐石墨烯/β-Ga2O3范德华异质结光电探测器，该器件可实现光伏与光电导双模工作模式。这种偏置可选的双模工作机制，能够使器件兼具高响应度与快速响应特性，在新一代安全光通信及成像系统中展现出良好的应用潜力。

Fig. 1. Gr/β-Ga2O3 heterojunction photodetector: fabrication and electrical characterization. (a) Fabrication process. (b) 3D architecture schematic. (c) Raman spectra of Gr and β-Ga2O3. (d) 4×4 device array optical microscopy image (scale bar, 400 μm). (e) Dark I–V curve.

Fig. 2. Gr/β-Ga2O3 photodetector optoelectronic characteristics. (a) I-V curves (dark and 254 nm illumination). (b–d) Photocurrent, responsivity, and EQE vs. light intensity (±12 V bias). Transient response at (e) −12 V and (f) 12 V.

Fig. 3. Reverse bias: (a) Schematic of photocurrent generation region. (b) Photocurrent mapping. (c) Energy band diagram. Forward bias: (d) Schematic of photocurrent distribution. (e) Photocurrent mapping. (f) Energy band diagram.

Fig. 4. Ultraviolet communication verification of the Gr/β-Ga2O3 ultraviolet photodetector operating as a photodiode at －12 V.

Fig. 5. Ultraviolet imaging verification of the Gr/β-Ga2O3 ultraviolet photodetector operating as a photoconductor at 12 V.

论文信息：

Shuren Zhou, Lin Chen, Aijiang Yan, Hong Zhang, Yan Tang, Di Pang, Honglin Li, Lijuan Ye*, Peng Yu*, Wanjun Li*. Voltage-Tunable Graphene/β-Ga2O3 Heterojunction Solar-Blind Photodetector Enabling Photovoltaic and Photoconductive Dual-Mode Operation. Optics Letters, 2026, 51, 221.

论文链接：

https://doi.org/10.1364/OL.579138.

重庆师范大学宽禁带半导体材料与器件团队

https://www.x-mol.com/groups/li_wanjun

来源：宽禁带半导体材料与器件团队

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