新進展│深圳大學劉新科課題組取得基于2D-on-GaN垂直異質集成的高性能寬光譜探測器研究新成果

?近年來，異質異構集成和摻雜工程已成為推動功能器件與系統發展的關鍵因素。范德瓦爾斯異質結能夠人工組裝不同維度的材料（0D量子點，1D納米線，2D薄膜和3D塊體），突破了傳統半導體異質結中晶格不匹配的限制，實現了定制具有所需性質的新型功能材料，已被應用于制造場效應晶體管（FET）、光電探測器（PD）、發光二極管（LED）和憶阻器等功能器件，表現出優異的電性能。將2D材料集成到寬禁帶半導體（WBGs）上已成為增強光電器件檢測能力的有前景的方法，最近的相關研究已經證明了2D材料與3D WBGs的成功集成。無需晶格匹配的限制，通過將適當的2D材料與3D WBGs結合，可以顯著改變它們的物理特性，包括電學、磁學、光學和熱學性質。這種集成與現有的平面微加工工藝相兼容，有助于生產大規模的異質3D集成電路（3D-ICs），具有廣闊的未來應用場景。

深圳大學材料學院劉新科課題組借鑒組內氮化鎵（GaN）垂直功率器件經驗，充分發揮氮化鎵寬直接帶隙（3.4 eV）、高載流子遷移率（約1250 cm²/V·s）、高輻射硬度和熱導率的優勢，將p型導電特性的高質量連續的Mo_xRe_1-xS₂薄膜通過化學氣相沉積外延至氮化鎵自支撐撐襯底之上，設計并制造了一個完全垂直的2D/3D vdW堆疊p-Mo_xRe_1-xS₂/GaN（x=0.10±0.02）異質結光電探測器，整合了多種增強性能的策略，如混合維度堆疊、p型摻雜、垂直器件設計和II型能帶排布對齊。通過在自支撐氮化鎵（GaN）基底上集成水平、垂直和準垂直器件，有效地減輕了其他因素的干擾，垂直p-Mo_xRe_1-xS₂/GaN器件展現出優越的性能，包括高Ilight/Idark比率（1.48×10⁶）、大的響應度（888.69 AW^-1）、高比探測度（D*）（6.13×10¹⁴?Jones）和快速的響應速度（上升/下降時間為181 ms/259 ms）。此外，光譜響應通過能帶整合和帶隙調制覆蓋了紫外（UV）、可見光和近紅外（NIR）區域。這種設計超越了先前的器件，突顯了由垂直vdW異質集成實現的高靈敏度和微集成光電子器件的潛力。?

相關工作以“Vertical Van der Waals Epitaxy of p-Mo_xRe_1-xS₂?on GaN for Ultrahigh Detectivity UV-Vis-NIR Photodetector”為題，發表在Advanced Optical Materials（DOI：10.1002/adom.202302613）上，論文第一作者為深圳大學材料學院碩士研究生蔣忠偉，通訊作者為深圳大學材料學院劉新科副教授。?

論文信息：

Vertical Van der Waals Epitaxy of p-MoxRe1-xS2?on GaN for Ultrahigh Detectivity UV-Vis-NIR Photodetector

Zhongwei Jiang, Jie Zhou, Bo Li, Zhengweng Ma, Zheng Huang, Yongkai Yang, Yating Zhang, Yeying Huang, Huile Zhang, Kangkai Fan, Yu Li, and Xinke Liu*

Advanced Optical Materials

DOI: 10.1002/adom.202302613

論文原文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202302613

(來源：AdvancedScienceNews）