这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：

主要作者及研究机构

本研究的主要作者包括Zeming Li、Rensheng Shen、Yuantao Zhang、Guoqiang Zhong、Yuchun Chang、Hongwei Liang、Gaoqiang Deng、Xiaochuan Xia、Wancheng Li和Baolin Zhang。他们分别来自大连理工大学集成电路学院、吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室，以及北京大学东莞光电研究院。该研究于2025年2月24日发表在期刊《Materials Today Physics》上。

学术背景

本研究属于光电探测器领域，特别是针对太阳盲紫外（Solar-Blind Ultraviolet, SBUV）探测器的研究。太阳盲紫外辐射（200-280 nm）几乎完全被平流层吸收，无法到达地球表面，因此利用其“黑背景”特性，SBUV探测器可以在空间探索、安全通信、火焰预警等领域发挥重要作用。然而，现有的SBUV探测器主要基于硅材料，其窄带隙（1.12 eV）导致其对可见光和红外辐射也有响应，且在高温下稳定性有限。相比之下，超宽带隙半导体材料（如β-Ga₂O₃）因其固有的对非SBUV辐射不敏感和高温稳定性，被认为是更理想的候选材料。β-Ga₂O₃的带隙为4.9 eV，与SBUV的中段完美匹配，且具有优异的高温稳定性和辐射硬度。然而，β-Ga₂O₃的电子迁移率较低，限制了其应用。本研究旨在通过能带工程（Band Engineering）将β-Ga₂O₃与高电子迁移率（High Electron Mobility, HEM）材料（如GaN）结合，开发一种新型的太阳盲高电子迁移率光电探测器（HEMPD），以克服β-Ga₂O₃的低电子迁移率限制，并提高其光电响应性能。

研究流程

本研究主要包括以下几个步骤：

1. 材料制备：研究团队通过金属有机化学气相沉积（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD）在蓝宝石衬底上生长了GaN外延层，并在其上沉积了β-Ga₂O₃薄膜。MOCVD过程中使用了三甲基镓（TMGa）和高纯度氧气（O₂）作为反应前驱体，生长压力为40 mbar，反应时间为1800秒，衬底温度分别为750°C、800°C、850°C和900°C。

2. 材料表征：研究人员使用多种技术对材料进行了表征。通过霍尔效应测量系统（HL5500PC）和紫外-可见分光光度计（UV1700）测量了GaN衬底的电学和光学性质；通过X射线衍射（XRD）和原子力显微镜（AFM）测试了β-Ga₂O₃薄膜的晶体性质和表面形貌；通过透射电子显微镜（TEM）和电子能量损失谱（EELS）研究了β-Ga₂O₃薄膜的微观结构和元素分布；通过X射线光电子能谱（XPS）和反射电子能量损失谱（REELS）研究了β-Ga₂O₃薄膜的表面化学组成和能带结构。

3. 器件制备与测试：在β-Ga₂O₃薄膜上制备了Au（100 nm）/Pt（5 nm）电极，构建了HEMPD器件。使用Keysight B2902A精密电源/测量单元评估了器件的功能，并在可调波长氙灯下测量了其光谱响应。

主要结果

1. 材料表征结果：霍尔效应测量显示，GaN薄膜的电子迁移率为324 cm² V⁻¹ s⁻¹，超过了β-Ga₂O₃的理论极限（300 cm² V⁻¹ s⁻¹）。XRD结果显示，β-Ga₂O₃薄膜的结晶质量随生长温度的提高而改善，900°C下生长的薄膜具有最佳的结晶质量。AFM图像显示，900°C下生长的β-Ga₂O₃薄膜表面覆盖有丘陵状结构，均方根粗糙度为12.8 nm。XPS分析表明，β-Ga₂O₃薄膜的O/Ga原子比为1.52，接近其标准化学计量比。

2. 器件性能：HEMPD器件在254 nm光照下表现出显著的光电流响应，光电流随光照功率的增加而增加。在35 V偏压下，器件的光响应度（Responsivity, R）达到2.96 × 10⁴ A/W，外量子效率（External Quantum Efficiency, EQE）达到1.44 × 10⁷%，远超一些基于β-Ga₂O₃的雪崩光电探测器（APDs）。此外，由于GaN与电极之间的间接接触，器件表现出优异的SBUV/UV-A（315-400 nm）选择性，R250/R360比值为148.54，显著优于其他基于β-Ga₂O₃/GaN异质结的垂直结构光电探测器。

结论

本研究通过能带工程将β-Ga₂O₃薄膜与GaN衬底结合，成功开发了一种新型的太阳盲高电子迁移率光电探测器（HEMPD）。该器件在254 nm光照下的光响应度和外量子效率分别达到2.96 × 10⁴ A/W和1.44 × 10⁷%，显著优于传统基于β-Ga₂O₃的光电探测器，甚至超越了一些雪崩光电探测器。此外，HEMPD器件表现出优异的SBUV/UV-A选择性，R250/R360比值为148.54，解决了传统垂直结构光电探测器光谱选择性差的问题。本研究不仅克服了β-Ga₂O₃低电子迁移率的限制，还为提高基于β-Ga₂O₃的SBUV光电探测器的光电响应性能提供了重要指导。

研究亮点

1. 重要发现：HEMPD器件在254 nm光照下的光响应度和外量子效率达到2.96 × 10⁴ A/W和1.44 × 10⁷%，显著优于传统光电探测器。
2. 方法创新：通过能带工程将β-Ga₂O₃与GaN结合，利用GaN的高电子迁移率特性，显著提高了器件的光电响应性能。
3. 器件结构创新：采用间接接触结构，显著提高了器件的SBUV/UV-A选择性，解决了传统垂直结构光电探测器光谱选择性差的问题。

其他有价值的内容

本研究还通过TEM和EELS详细分析了β-Ga₂O₃/GaN界面的微观结构和元素分布，发现高生长温度（900°C）和短生长时间（1800秒）有效保护了GaN衬底，使其在界面附近保留了优异的电子迁移率。此外，研究还通过XPS和REELS分析了β-Ga₂O₃/GaN异质结的能带结构，发现其导带偏移（Conduction Band Offset, δEc）仅为0.12 eV，有助于光生载流子在β-Ga₂O₃和GaN之间的几乎无阻碍运动。

通过本研究，研究人员不仅开发了一种高性能的SBUV光电探测器，还为基于β-Ga₂O₃的光电器件设计提供了新的思路和方法。