基于C掺杂GaN的双稳态光半导体开关

《IEEE Transactions on Electron Devices》：Bistable Optical Semiconductor Switching Based on C-Doped GaN

碳掺杂氮化镓（GaN:C）通过短波红外淬灭脉冲与紫外激发的同步作用，显著降低光电流衰减时间（293倍提升），使调制带宽从745 Hz增至218 kHz，为宽禁带电力电子器件的高压高速光电控制开关提供了新路径。

　　

摘要：

高电阻氮化镓（GaN）是功率光电应用中的关键材料。虽然碳掺杂被广泛用于实现GaN的半绝缘特性，但由深能级缺陷陷阱引起的持续光电导（PPC）仍然是高速功率开关的主要障碍。本研究提出了一种新方法：利用GaN:C的超高光电响应性（高达2.1 A·cm/kV），该响应性超过了其他材料（如GaN:Fe），并通过缺陷选择性光学控制有效抑制PPC。通过在重掺杂n型GaN基底上外延生长的GaN:C层中，将短红外（1064 nm）淬灭脉冲与紫外（385 nm）激发同步，我们显著降低了光电流衰减时间（从470 μs减少到1.6 μs），调制带宽也从745 Hz提高到了近218 kHz。这一进展不仅为控制GaN:C中的PPC开辟了新途径，还使得GaN:C在实际的快速功率开关器件中得以应用。凭借其增强的调制带宽和优异的光电响应性，GaN:C成为光控高压、高功率电子系统的理想候选材料，例如用于脉冲功率驱动器、高功率微波（HPM）源以及宽禁带（WBG）功率电子器件中的光电导半导体开关（PCSSs）。