类型b：
Ga₂O₃异质结在深紫外光探测中的研究进展、方法学与挑战综述
作者及发表信息
本文由Alfred Moore、Saqib Rafique、Ciaran Llewelyn、Dan Lamb和Lijie Li*（通讯作者）共同撰写，作者团队来自英国斯旺西大学（Swansea University）的集成半导体材料中心（Centre for Integrative Semiconductor Materials, CISM）及科学与工程学院。该综述于2025年发表在《Advanced Electronic Materials》期刊上，开放获取，DOI为10.1002/aelm.202400898。
主题与背景
氧化镓（Ga₂O₃）作为一种超宽禁带半导体（Ultrawide-Bandgap Semiconductor, UWBG），近年来因其在功率电子、光探测和气体传感等领域的潜力受到广泛关注。然而，Ga₂O₃作为独立材料存在关键局限性，尤其是缺乏有效的p型掺杂能力。为解决这一问题，Ga₂O₃异质结成为一种有前景的替代方案。本文聚焦于Ga₂O₃异质结在深紫外（Deep-UV）光探测中的应用，系统梳理了当前技术进展、方法学及挑战，旨在为研究人员提供全面的参考。
主要观点与论据
Ga₂O₃的材料特性与优势
Ga₂O₃具有4.5–4.9 eV的超宽禁带，远超硅（Si）、碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等传统半导体材料。其理论击穿电场强度超过8 MV/cm，是硅的27倍，且具备优异的物理化学稳定性。Ga₂O₃存在六种晶型（α、β、γ、δ、ε、κ），其中β-Ga₂O₃因热力学稳定性最佳而被研究最多。然而，其p型掺杂困难（如Mg、Zn等受主激活能超过1 eV）和低空穴迁移率限制了同质结器件的开发。
异质结在光探测中的核心作用
通过与其他p型半导体（如SiC、GaN、Cu₂O、NiO等）形成异质结，可弥补Ga₂O₃的p型掺杂缺陷。异质结的内建电场能有效分离光生载流子，提升器件性能。例如，Ga₂O₃/Si异质结的光探测率达到61.83×10¹⁷ Jones，响应时间低至纳秒级。文中列举了多种异质结结构（图6a-d），并分析了其能带对齐（图9）对器件性能的影响。
生长方法与衬底选择
本文详细对比了分子束外延（MBE）、化学气相沉积（CVD）、脉冲激光沉积（PLD）等薄膜生长技术。例如，MBE可实现原子级精度控制，但生长速率较慢；而金属有机化学气相沉积（MOCVD）更适合大规模生产。衬底选择上，蓝宝石（Al₂O₃）和硅（Si）因晶格匹配和热膨胀系数接近被广泛使用，但Ga₂O₃同质衬底因成本高昂受限。表3总结了不同衬底的预处理方法。
电极接触与器件优化
欧姆接触（Ohmic Contact）和肖特基接触（Schottky Contact）的设计对器件性能至关重要。Ti/Au组合因功函数匹配（Ti为4.3 eV）和低接触电阻（10⁻⁶ Ω·cm²量级）成为常用电极材料（表4）。此外，通过退火工艺（如950℃热处理）可进一步降低界面缺陷。表6对比了Au、Ni、Pt等金属的势垒高度和理想因子，显示Au的器件性能最优。
挑战与改进策略
当前主要挑战包括：p型掺杂困难、热导率低（10–27 W/m·K）、薄膜均匀性控制等。文中提出多种改进方案，如与金刚石（Diamond）异质集成以提升散热（表7）、优化退火工艺减少缺陷、应变工程调控能带结构等。此外，低维Ga₂O₃结构（如纳米线）可能成为未来研究方向。
论文的意义与价值
本综述为Ga₂O₃异质结光探测器领域提供了系统性的技术总结，尤其适合新进入该领域的研究人员。其价值体现在三方面：
1. 学术价值：整合了材料特性、异质结设计、生长方法等跨学科知识，揭示了当前技术瓶颈与解决路径。
2. 应用价值：深紫外光探测器在环境监测、医疗消毒、太空探测等领域具有重要应用，本文为器件优化提供了理论依据。
3. 前瞻性：提出了低维材料集成、热管理优化等未来方向，推动Ga₂O₃器件向高性能和实用化发展。
亮点
- 全面梳理了2010–2023年Ga₂O₃异质结研究的发文趋势（图1），显示该领域正处于快速发展阶段。
- 结合密度泛函理论（DFT）计算（图4）与实验数据，深入分析了缺陷对材料性能的影响。
- 对比了多种异质结的性能参数（表2），为器件设计提供量化参考。