【器件论文】高迁移率 P 型 LiᵧNi₁₋ₓ₋ᵧMgₓO 与 Ga₂O₃ 光探测器集成，提升灵敏度、探测率和快速响应时间

        由韩国世宗大学的研究团队在学术期刊 Journal of Alloys and Compounds 发布了一篇名为 High-Mobility P-type Li_yNi_1-x-yMg_xO Integrated with Ga2O3 Photodetectors for Enhanced Responsivity, Detectivity and Fast Response Times（高迁移率P型 Li_yNi_1-x-yMg_xO 与 Ga₂O₃ 光探测器集成，以提升灵敏度、探测率和快速响应时间）的文章。

摘要

        提升基于 Ga₂O₃ 异质结日盲光探测器的性能对于实现高性能紫外光检测至关重要。此类异质结的关键因素在于开发高质量的 p 型层，以提升光照后的空穴提取与传输效率。影响光探测器性能的关键参数之一是空穴迁移率，其在高效电荷提取过程中发挥着重要作用。在本研究中，使用了不同镁含量比例的 Li_yNi_1-x-yMg_xO 材料，其空穴迁移率显著提升。对于不含镁的 Li_yNi_1-x-yMg_xO 材料，观察到空穴迁移率约为 0.798 cm²·V^-1·s^-1，空穴密度为 1.72 × 10¹⁸ cm^-3。通过在结构中引入镁，空穴迁移率和浓度均有所提升，当镁的原子百分比为 8.57% 时，分别达到 4.73 cm²·V^-1·s^-1 和 6.85 × 10¹⁷ cm^-3。当镁含量进一步提高至 17.08% 时，迁移率和空穴浓度分别进一步提升至 33.39 cm²·V^-1·s^-1 和 3.15×10¹⁶ cm^-3。X射线光电子能谱分析显示，随着镁浓度的增加，O-Ni 键成分减少而 O-Mg 键成分增加，表明镁成功替换了晶格中的镍原子。通过原子力显微镜对表面粗糙度进行分析，并利用透射电子显微镜研究了 Li_yNi_1-x-yMg_xO/β-Ga₂O₃ 界面处界面层的形成。观察到，随着镁含量的增加，形成的界面层厚度逐渐减小，尤其在 17.80% 时最为显著。基于 17.80% 镁含量 Li_yNi_1-x-yMg_xO 的光探测器表现出最佳性能，其响应度为 31.215×10³ mA·W^-1，探测率为 4.71×10¹⁴ Jones，上升时间和衰减时间分别为 50 ms 和 179 ms。此外，外部量子效率达到了 641%。这些结果证实了更高的空穴迁移率在提升光探测器性能中起着关键作用。通过技术计算机辅助设计进行的模拟进一步证明了增强的空穴迁移率带来的快速空穴提取，验证了实验结果。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.181369