Engineered Low‐Oxygen‐Defects in High Formation Energy Ce‐Doped α‐Ga 2 O 3 for High‐Performance Solar‐Blind UV Detectors

材料科学 兴奋剂 响应度 暗电流 光电子学 带隙 氧气 镓 肖特基二极管 肖特基势垒 氧化物 宽禁带半导体 外延 格子(音乐) 氧化镓 电子 半导体 薄膜 半径 探测器 锑化镓 阳极 纳米技术 光电二极管 载流子
作者
Dong Li,Qian Wan,Daigan Wang,Jiayun Wei,Yu‐Hao Lin,Chenwen Shi,Runze Zhu,Cong Jiang,Jieqiong Zhang,Wei Han,Chenyin Feng,Liangping Shen,Baoyuan Wang,Houzhao Wan,Hao Wang
出处
期刊:Advanced Optical Materials [Wiley]
卷期号:13 (31) 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adom.202502140
摘要

Abstract Gallium oxide (Ga 2 O 3 ), which has an ultra‐wide bandgap (4.4 to 5.3 eV) and possesses advantages including a high breakdown electric field, good thermal stability, and excellent electron mobility, is regarded as an ideal material for fabricating solar‐blind UV detectors. However, there are usually intrinsic oxygen vacancies in Ga 2 O 3 crystals, which can lead to an increase in dark current, a decrease in the response speed and efficiency of photodetectors. This work utilizes a simple liquid‐phase epitaxy method to synthesize Ce‐doped α‐Ga 2 O 3 films and construct a metal‐semiconductor‐metal Schottky junction detector. The rare earth element Ce and the difference in radius with Ga cause lattice distortion, which in turn affects the formation energy of oxygen defects. Theoretical calculations show that replacing Ga 3+ with Ce 3+ can suppress the generation of oxygen vacancies through the charge compensation effect. The suppression mechanism of Ce doping on oxygen defects is explored, and it achieves synchronous optimization of device dark current and response speed. Under 5 V bias, the dark current is 2.56 × 10 −9 A, the responsivity reached 10.69 A W −1 , and the detection rate is as high as 6.7 × 10 13 Jones. This work provides a new strategy for achieving high‐performance solar‐blind UV detectors through defect engineering controlled.
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