Eine auf einer MoS2/GaN-Van-der-Waals-Heterostruktur basierende Photodiode mit einheitlichem Ladungsträger für die Hochgeschwindigkeitsdetektion von sichtbarem Licht

Takuya Kadowaki, Takahiro Serikawa, Akihide Ichikawa, Yuji Ohmaki, Koji Usami, Yoichi Kawakami, Yoshihiro Iwasa und Hisashi Ogawa

Abstrakt

Photodioden mit eindimensionalen Ladungsträgern (UTC-PDs), die ausschließlich Elektronen als aktive Ladungsträger nutzen, sind aufgrund ihrer einzigartigen Eigenschaften wie hoher Sättigungsleistung und großer Bandbreite in der Hochgeschwindigkeits-Optoelektronik unverzichtbar geworden. Die Erweiterung des Betriebswellenlängenbereichs in den sichtbaren Bereich für ein breiteres Anwendungsspektrum stellt jedoch eine Herausforderung dar, da es an geeigneten III-V-Halbleiterkombinationen mit großer Bandlücke und der notwendigen Bandanpassung sowie Gitterkompatibilität mangelt cto Wir zeigen hier, dass eine UTC-PD auf Basis eines Van-der-Waals-Heteroübergangs, bestehend aus einem zweidimensionalen Übergangsmetalldichalkogenid, Molybdändisulfid µm MoS₂ ₎ , als Photoabsorptionsschicht und einem Galliumnitridfilm µm _MoS₂ ermöglicht . Unser Gerät weist einen Frequenzgang im Bereich von mehreren GHz mit einer Quanteneffizienz µm der Größenordnung von 1 % über das gesamte sichtbare Spektrum auf µm unterstreicht damit das Potenzial für schnelle sichtbare Optoelektronik.