日盲（200-280 nm）紫外光电探测器（UVC PDs）在商业和军事等领域都具有重要应用。其中基于Ga₂O₃的UVC PD被认为是目前最有前景的，分为金属-半导体-金属（MSM）型和PN结型。与MSM-PD相比，PN-PD由于内置电场的存在而表现出优异的瞬态性能。因此，基于β-Ga₂O₃的PN结型 UVC PDs近年来得到了广泛的研究。然而，上述基于β-Ga₂O₃的PN结型 UVC PD通常缺乏对载流子收集和电场分布的考虑，无法实现更为优异的响应度和响应速度。因此，探索新型的结构以及设计相关的结构参数以进一步提高器件性能是非常必要的。

本工作通过在p-GaN/n-Ga₂O₃外延层上制备了具有指状n-Ga₂O₃层和叉指电极的PN-PDs，证明了此结构可显著增强器件性能，并深入分析了此结构的内在增强机制。将叉指结构应用于p-GaN/n-Ga₂O₃异质结UVCPDs，获得了 2.76 μs （快速分量）和 31 μs（1/e 衰减）的超快瞬态特性、0.25 A W^-1@0 V 和 41.6 A W^-1 @-5 V 的高响应度以及 8.2 × 10³ 的高 UVC 选择比。叉指结构的长电极周长和窄电极间距不仅提高了0 V时的载流子收集效率，而且增加了负偏置时的内置电场，使得PD的性能得到显著提高。同时研究团队发现在0 V自供电模式下，电极周长是决定静态和瞬态特性的唯一因素，而负偏置下电极间距是另一个重要因素。这项工作不仅提出了一种高性能的PD，而且还研究了基于氧化镓的PN-PD的关键参数的设计，为探索高性能的氧化镓基PD提供了新思路。

图1. p-GaN/n-β-Ga2O3异质结光电探测器的制备工艺流程图。

图2. a） 在0 V和-5 V偏置电压下，PD叉指电极的周长与其响应度以及光谱选择性之间的关系。b）PD在0 V时的载流子收集示意图。c）施加偏置时PD的内部载流子输运示意图。

p-GaN/n-β-Ga₂O₃异质结光电探测器的结构示意图如图1所示，分为平板大电极和叉指电极结构。其中在构建叉指PD组时有以下考虑：1）具有不同叉指数（周期）的叉指PD，用于研究电极周长效应（PD₁、PD₂、PD₃和pad-PD）;2）在保持周期数不变的情况下，具有不同占空比和电极间距的叉指PDs，以研究电场的影响（PD_1-X（X=1至3）和PD_2-X（X=1至4））。

图2（a）总结了这些叉指PD的性能，发现器件周长是决定0V时R的关键参数，而负偏置下电极间距（占空比）是另一个重要因素。由于PD_1-3具有长电极周长以及窄电极间距，可以实现0.25 A W^-1@0 V 和 41.6 A W^-1 @-5 V 的高响应度以及 8.2 × 10³ 的高 UVC 选择比。图2（b）描绘了PD中外部载流子收集的简化原理图，随着器件周长的增加，载流子收集率增加。图2（c）描绘了PD在偏置电压下的内部载流子的输运，随着电极间距的减小，载流子在电场作用下可以更有效的向电极漂移，从而实现更优异的性能。

响应速度是高频PD中的另一个重要参数，它决定了光通信带宽。本文中的光谱响应速度数据使用北京仪器有限公司DSR600光电探测器光谱响应度标定系统检测。图3（a）显示了用于测试瞬态脉冲光响应的电路结构示意图。两个PD在260 nm脉冲激光下的瞬态响应如图3（b，c）所示。在0 V偏置下，叉指PD获得了 2.76 μs （快速分量）和 31 μs（1/e 衰减）的超快瞬态特性，优于目前已报道的氧化镓基异质结光电探测器的最快结果。

图4显示了PD_1-3在不同激发波长下的响应衰减过程。橙色线代表 PD_1-3 的 1/e 衰减时间。在整个240 nm-380 nm波长范围内，PD的响应速度保持在数十微秒的量级，显示出其超快的响应特性。PD在260 nm光照射下表现出最快的响应速度，对应于Ga₂O₃的相干激发（吸收光谱为4.74 eV），消除了载流子弛豫时间。

图5. 与其他已报道的 Ga₂O₃ 基光电探测器的响应度和快速响应时间的性能比较。

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