近日，我院在氧化镓能带工程方面取得进展，相关结果以“Bandgap engineering of gallium oxides by crystalline disorder”为题发表于国际知名期刊《Materials Today Physics》（影响因子：10.443）上。论文第一作者为我院博士研究生陈彦成，通讯作者为我院青年教师杨珣副教授、李顺方教授和单崇新教授。

氧化镓（Ga₂O₃）是一种超宽禁带半导体材料，因其具有大尺寸衬底、高击穿电场、高热和高化学稳定性等优点，在电力电子、日盲光电探测器和传感器等领域有广泛的应用前景。能带结构工程是实现高性能半导体器件的必要手段，其通过改变材料的能带结构，调控载流子在半导体器件内的输运，从而获得性能优越的器件。半导体能带工程通常通过引入新的元素来实现；但是，这种合金化过程经常会带来成分不均一和分相问题，对能带工程的可重复性和可控性提出了极大的挑战。而对Ga₂O₃来说，已有报道证实其带隙在某种程度上可由生长条件或技术来调控，但影响其带隙的内在机制仍不明确。

针对以上问题，我院研究人员通过第一性原理计算和实验研究，第一次阐述了晶格无序可用于Ga₂O₃的禁带宽度调控。首先，在实验上通过降低O/Ga元素比，实现将Ga₂O₃的禁带宽度从5.1 eV连续调节到4.4 eV。随后，利用第一性原理对Ga₂O₃能带结构进行了计算，结果表明O空位在价带的上方形成缺陷态，增大O空位时缺陷态展宽形成带尾；另一方面，降低O/Ga元素比也增大了晶格无序性，而晶格无序性使Ga₂O₃价带上移，导致Ga₂O₃禁带宽度变窄。计算结果与实验结果吻合良好，证实禁带宽度变化主要由晶格无序化导致。为了验证晶格无序性调控Ga₂O₃能带能否用于光电器件，作者制备了Ga₂O₃同质结光电探测器。该探测器0 V下的性能处于同类器件已报道的最佳值之一。该结果为调控Ga₂O₃的带隙提供了一种有效方法，也为Ga₂O₃高性能器件的设计提供了一种新途径。

该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金以及中国博士后基金等项目的资助。

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2021.100369