摘要：深圳大學材料學院劉新科課題組成功在氮化鎵單晶襯底上外延了具有p型導電特性的高品質連續的MoxRe1-xS2薄膜，制備了一個完全垂直的p-2D/GaN異質光電二極體。器件具有突出的光開關比（> 106）和極高的光探測率（6.13×1014），實作了紫外到可見、近紅外區域的寬光譜檢測。
相關工作以「Vertical Van der Waals Epitaxy of p-MoxRe1-xS2 on GaN for Ultrahigh Detectivity UV-Vis-NIR Photodetector」為題，發表在 Advanced Optical Materials （DOI：10.1002/adom.202302613）上，論文第一作者為深圳大學材料學院碩士研究生蔣忠偉，通訊作者為深圳大學材料學院劉新科副教授。
近年來，異質異構整合和摻雜工程已成為推動功能器件與系統發展的關鍵因素。範德瓦爾斯異質結能夠人工組裝不同維度的材料（0D量子點，1D奈米線，2D薄膜和3D塊體），突破了傳統半導體異質結中晶格不匹配的限制，實作了客製具有所需性質的新型功能材料，已被套用於制造場效應晶體管（FET）、光電探測器（PD）、發光二極體（LED）和憶阻器等功能器件，表現出優異的電效能。將2D材料整合到寬禁帶半導體（WBGs）上已成為增強光電器件檢測能力的有前景的方法，最近的相關研究已經證明了2D材料與3D WBGs的成功整合。無需晶格匹配的限制，透過將適當的2D材料與3D WBGs結合，可以顯著改變它們的物理特性，包括電學、磁學、光學和熱學性質。這種整合與現有的平面微加工工藝相相容，有助於生產大規模的異質3D積體電路（3D-ICs），具有廣闊的未來套用場景。
深圳大學材料學院劉新科課題組 借鑒組內氮化鎵（GaN）垂直功率器件經驗，充分發揮氮化鎵寬直接帶隙（3.4 eV）、高載流子遷移率（約1250 cm2/V·s）、高放射線硬度和熱導率的優勢，將p型導電特性的高品質連續的MoxRe1-xS2薄膜透過化學氣相沈積外延至氮化鎵自支撐撐襯底之上， 設計並制造了一個完全垂直的2D/3D vdW堆疊p-MoxRe1-xS2/GaN（x=0.10±0.02）異質結光電探測器 ，整合了多種增強效能的策略，如混合維度堆疊、p型摻雜、垂直器件設計和II型能帶排布對齊。
透過在自支撐氮化鎵（GaN）基底上整合水平、垂直和準垂直器件，有效地減輕了其他因素的幹擾，垂直p-MoxRe1-xS2/GaN器件展現出優越的效能，包括高Ilight/Idark比率（1.48×106）、大的響應度（888.69 AW-1）、高比探測度（D*）（6.13×1014 Jones）和快速的響應速度（上升/下降時間為181 ms/259 ms）。
此外，光譜響應透過能帶整合和帶隙調變覆蓋了紫外（UV）、可見光和近紅外（NIR）區域。這種設計超越了先前的器件，突顯了由垂直vdW異質整合實作的高靈敏度和微整合光電子器件的潛力。
論文資訊：
Vertical Van der Waals Epitaxy of p-MoxRe1-xS2 on GaN for Ultrahigh Detectivity UV-Vis-NIR Photodetector
Zho ngwei Jiang, Jie Zhou, Bo Li, Zhengweng Ma, Zheng Huang, Yongkai Yang, Yating Zhang, Yeying Huang, Huile Zhang, Kangkai Fan, Yu Li, and Xinke Liu*
Advanced Optical Materials
DOI: 10.1002/adom.202302613
論文原文連結：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202302613
(來源： AdvancedScienceNews ）
來源：第三代半導體產業
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