在氧化镓中实现近100%电压转化效率的声子辅助吸收光电导开关

近日，国际光学旗舰期刊《Opto-Electronic Science》以封面论文形式，在线发表了一项关于氧化镓光电导开关（PCSS）的重磅研究成果，论文题为《Phonon-assisted absorption photoconductive switch》（声子辅助吸收的光电导开关）。

该研究由中山大学材料学院郑伟教授团队牵头，杭州富加镓业科技有限公司陈端阳博士、中国科学院上海光学精密机械研究所和上海市宽禁带与超宽禁带半导体材料重点实验室齐红基研究员等深度参与，中国工程物理研究院上海激光等离子体研究所隋展研究员团队共同完成。

图1 《Opto-Electronic Science》期刊封面

随着低空经济的快速发展，民用机场、关键基础设施等场景面临非合作无人机侵入等新型安全威胁，高功率微波（HPM）技术凭借其定向电磁辐射干扰能力，已成为低空安防领域极具应用潜力的核心技术路径之一。光电导半导体开关（PCSS）作为构建小型化高功率微波发射系统的核心器件，其耐压水平、能量转换效率与输出功率密度等关键性能指标，直接决定了系统的小型化程度与实用化水平。

传统光电导开关多依赖砷化镓等材料，击穿场强和高压工作能力有限；新兴氧化镓基开关虽具备超宽禁带（约4.9 eV）、高热稳定性等材料优势，但现有器件普遍采用杂质能级吸收的激发方式，存在电压转换效率低、导通损耗大的固有瓶颈。针对这一难题，郑伟教授团队原创提出并验证了基于声子辅助吸收的载流子激发新机制——通过声子耦合实现氧化镓晶体内部的高效载流子体激发，从底层物理原理上突破了电压转换效率的瓶颈，打破了行业对超宽禁带半导体光电导器件激发方式的固有认知。

图2 大功率光电导开关作为高功率微波系统的关键器件，能够用于民用机场等关键基础设施的低空安防保障。该工作使用具有高耐压优势的氧化镓制备光电导开关，并基于声子辅助吸收机制实现了高达98.93%的电压转换效率

实验结果表明，该器件性能表现卓越：在4000 V超高偏置电压、1.98 mJ激发能量下，峰值输出电压达3957 V，电压转换效率高达98.93%，接近物理理论极限；最大输出功率密度达到17.7 MW/cm2；在50 V至4000 V的宽偏压范围内，输出电压相对偏差半高宽仅3.01%，稳定性优异。上述指标代表了现有报道中氧化镓光电导开关的最优综合性能。

图3 氧化镓光电导半导体开关在50–4000 V宽偏压范围内具有优异的性能，其在电压转换效率可达98.93%，峰值输出功率密度可达17.7 MW/cm2

该成果为高功率、高效率微波系统的设计提供了全新的物理原理与技术路线，在低空安防、国防安全、特种电子等领域具有广阔的工程化应用前景，为推动高功率微波技术从实验室走向实用化装备研发奠定了关键器件基础。富加镓业在本项研究中承担了关键材料支撑工作，为研究团队提供了超高质量的铁掺杂氧化镓单晶。富加镓业将以此次国际前沿研究成果为基础，持续深化与顶尖科研机构的产学研合作，加快推进氧化镓光电器件的产业化进程，秉持"让世界用上好材料"的企业使命，为我国第四代半导体产业在高端光电器件领域的自主可控贡献核心力量。

【论文信息】

Wang Z, Zhang LX, Cheng L et al. Phonon-assisted absorption photoconductive switch. Opto-Electron Sci 5, 260011 (2026).
DOI: https://doi.org/10.29026/oes.2026.260011

收稿：2026年3月12日；接收：2026年4月29日；在线发表：2026年5月20日

信息来源：富加镓业

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