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 portadores únicos (UTC-PD), que utilizan únicamente 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 de operación 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 anchactola alineación de bandas y el ajuste de red necesarios. Aquí, mostramos que un UTC-PD basado en una heterounión de van der Waals compuesta por un dicalcogenuro de metal de transición 2D,µm (MoS₂₎, como capa de fotoabsorción y unaµm (GaN) como capa de recolección de portadores, ofrece una solución a este desafío. El transporte vertical rápido de portadores a través de la heterointerfaz es posible gracias al crecimiento epitaxial directo de una capa de MoS₂_sobre una película de GaN. Nuestro dispositivo demuestra una respuesta en frecuencia en el rango de varios GHz con una eficiencia cuánticaµm orden del 1 % en todo el espectro visibleµmlo que pone de relieve su potencial para la optoelectrónica visible de alta velocidad.