南京邮电大学唐为华教授团队利用ε-Ga₂O₃ 肖特基光电二极管的自供电日盲 ...

摘要: 宽禁带半导体氧化镓（Ga2O3）具有4.9 eV左右的禁带宽度，是执行低虚警率的日盲紫外探测的优选材料，在军民两用领域有着诸多重要应用。关于氧化镓材料与器件的优化与设计已经被国内外多家研究机构报道，但目前综合性 ...

宽禁带半导体氧化镓（Ga2O3）具有4.9 eV左右的禁带宽度，是执行低虚警率的日盲紫外探测的优选材料，在军民两用领域有着诸多重要应用。关于氧化镓材料与器件的优化与设计已经被国内外多家研究机构报道，但目前综合性能优异的阵列探测器的制备及其光电集成应用仍然是巨大的科技挑战。金半金(MSM)结构阵列探测器成像已经展现了应用前景，但仍存在暗电流大、信噪比低等导致成像清晰度不够和色差大等问题。本研究提出构筑氧化镓肖特基二极管阵列探测器，并运用到日盲紫外光学通信中。肖特基金半界面势垒可加速对光生载流子的分离，提升探测器的光电响应，尤指光暗电流比和响应速度等，这对实现快速和精准光通讯至关重要。

南京邮电大学唐为华教授课题组利用金属有机化学气相沉积生长的ε-Ga2O3薄膜,构建了具有高性能和自供电特性的日盲紫外金属半导体肖特基光电二极管阵列,实现了双模(自供电和偏置模式)二进制光通信。该工作中的4×4方形布局更有利于节省探测器阵列的占用面积，利于集成化应用，且无需复杂的绝缘隔离工艺。可一次性、快速地对电流信号进行记录并通过外部电路读出。对于阵列单元,在偏置/自供电模式时,响应度,比探测度和外量子效率分别为30.8 A/W / 6.3×10-2 A/W, 1.51×104% /30.9%, 1.28×1014 / 5.4×1012 Jones。特别的，在偏置模式下,上升时间为0.19 ms,衰减时间为7.96 ms;体现了快速跟踪光信号的能力。此外，阵列光电流的最大标准偏差仅为4.3%，凸显了准确信息通信的重要性。最后，展现了Ga2O3基光二极管阵列日盲紫外通信应用，在自供电和偏置模式下，通过对高电流信号定义为数字信号1，低电流信号定义为数字信号0，收集阵列各单元的数字信号，再通过ASCII码分别解码出“NY”和“IC”两个字符，实现了双模式二进制深紫外光通信。

综上，开展高性能氧化镓基肖特基势垒光电二极管阵列探测器的制备将为基于Ga2O3的宽带隙光电子学的发展提供有益的指引。此外，相比于分立器件，阵列器件可以极大减少信号传输所耗的时间，也可传递更清晰更准确的信息。这为推动氧化镓基材料在紫外通讯应用领域的研究开辟了新的方向。本工作发表于光学领域权威期刊Optics Letters，第一作者为研究生夏康龙，通讯作者为刘增副教授。