Fotodiodo de portador unidireccional basado en heterojunción de van der Waals MoS2/GaN para detección de luz visible a alta velocidad

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

Abstracto

Los fotodiodos de portador uni-viajero (UTC-PD), que utilizan solo electrones como portadores activos, se han vuelto indispensables en la optoelectrónica de alta velocidad debido a sus capacidades únicas, como alta potencia de saturación y amplio ancho de banda. Sin embargo, extender las longitudes de onda operativas a la región visible para aplicaciones más amplias es un desafío debido a la falta de combinaciones adecuadas de semiconductores III-V de banda prohibida ancha cto la alineación de bandas y la coincidencia de red necesarias. Aquí, mostramos que un UTC-PD basado en una heterojunción de van der Waals compuesta por un dicalcogenuro de metal de transición 2D, disulfuro µm ₂ ), como capa de fotoabsorción y una película de nitruro de galio de µm (GaN) como capa de recolección de portadores, ofrece una solución a este desafío. El rápido transporte vertical de portadores a través de la heterointerfaz es posible gracias al crecimiento epitaxial directo de una capa de MoS ₂ sobre una película de GaN. Nuestro dispositivo demuestra una respuesta de frecuencia en el rango de varios GHz con una eficiencia cuántica µm del orden del 1 % en todo el espectro visible µm , lo que resalta la promesa de una optoelectrónica visible de alta velocidad.