近年來，異質(zhì)異構(gòu)集成和摻雜工程已成為推動(dòng)功能器件與系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵因素。范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)能夠人工組裝不同維度的材料（0D量子點(diǎn)，1D納米線，2D薄膜和3D塊體），突破了傳統(tǒng)半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)中晶格不匹配的限制，實(shí)現(xiàn)了定制具有所需性質(zhì)的新型功能材料，已被應(yīng)用于制造場效應(yīng)晶體管（FET）、光電探測器（PD）、發(fā)光二極管（LED）和憶阻器等功能器件，表現(xiàn)出優(yōu)異的電性能。將2D材料集成到寬禁帶半導(dǎo)體（WBGs）上已成為增強(qiáng)光電器件檢測能力的有前景的方法，最近的相關(guān)研究已經(jīng)證明了2D材料與3D WBGs的成功集成。無需晶格匹配的限制，通過將適當(dāng)?shù)?D材料與3D WBGs結(jié)合，可以顯著改變它們的物理特性，包括電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)。這種集成與現(xiàn)有的平面微加工工藝相兼容，有助于生產(chǎn)大規(guī)模的異質(zhì)3D集成電路（3D-ICs），具有廣闊的未來應(yīng)用場景。

深圳大學(xué)材料學(xué)院劉新科課題組借鑒組內(nèi)氮化鎵（GaN）垂直功率器件經(jīng)驗(yàn)，充分發(fā)揮氮化鎵寬直接帶隙（3.4 eV）、高載流子遷移率（約1250 cm²/V·s）、高輻射硬度和熱導(dǎo)率的優(yōu)勢，將p型導(dǎo)電特性的高質(zhì)量連續(xù)的Mo_xRe_1-xS₂薄膜通過化學(xué)氣相沉積外延至氮化鎵自支撐撐襯底之上，設(shè)計(jì)并制造了一個(gè)完全垂直的2D/3D vdW堆疊p-Mo_xRe_1-xS₂/GaN（x=0.10±0.02）異質(zhì)結(jié)光電探測器，整合了多種增強(qiáng)性能的策略，如混合維度堆疊、p型摻雜、垂直器件設(shè)計(jì)和II型能帶排布對齊。通過在自支撐氮化鎵（GaN）基底上集成水平、垂直和準(zhǔn)垂直器件，有效地減輕了其他因素的干擾，垂直p-Mo_xRe_1-xS₂/GaN器件展現(xiàn)出優(yōu)越的性能，包括高Ilight/Idark比率（1.48×10⁶）、大的響應(yīng)度（888.69 AW^-1）、高比探測度（D*）（6.13×10¹⁴ Jones）和快速的響應(yīng)速度（上升/下降時(shí)間為181 ms/259 ms）。此外，光譜響應(yīng)通過能帶整合和帶隙調(diào)制覆蓋了紫外（UV）、可見光和近紅外（NIR）區(qū)域。這種設(shè)計(jì)超越了先前的器件，突顯了由垂直vdW異質(zhì)集成實(shí)現(xiàn)的高靈敏度和微集成光電子器件的潛力。 

相關(guān)工作以“Vertical Van der Waals Epitaxy of p-Mo_xRe_1-xS₂ on GaN for Ultrahigh Detectivity UV-Vis-NIR Photodetector”為題，發(fā)表在Advanced Optical Materials（DOI：10.1002/adom.202302613）上，論文第一作者為深圳大學(xué)材料學(xué)院碩士研究生蔣忠偉，通訊作者為深圳大學(xué)材料學(xué)院劉新科副教授。 

論文信息：

Vertical Van der Waals Epitaxy of p-MoxRe1-xS2 on GaN for Ultrahigh Detectivity UV-Vis-NIR Photodetector

Zhongwei 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

論文原文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adom.202302613

(來源：AdvancedScienceNews）