Photodiode à porteurs mobiles uniques basée sur une hétérojonction de van der Waals MoS2/GaN pour la détection de la lumière visible à haute vitesse

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

Abstrait

Les photodiodes à porteurs unidirectionnels (UTC-PD), qui utilisent uniquement des électrons comme porteurs actifs, sont devenues indispensables en optoélectronique haute vitesse grâce à leurs propriétés uniques, telles qu'une puissance de saturation élevée et une large bande passante. Cependant, l'extension des longueurs d'onde de fonctionnement dans le visible pour des applications plus larges reste un défi en raison du manque de combinaisons de semi-conducteurs III-V à large bande interdite cto l'alignement de bandes et l'adaptation de réseau nécessaires. Nous montrons ici qu'une UTC-PD basée sur une hétérojonction de van der Waals, composée d'un dichalcogénure de métal de transition 2D, µm (MoS₂ ₎ , comme couche de photoabsorption, et d'un µm (GaN) comme couche de collecte de porteurs, apporte une solution à ce problème. Le transport vertical rapide des porteurs à travers l'hétérojonction est rendu possible par la croissance épitaxiale directe d'une couche de MoS₂ _sur un film de GaN. Notre dispositif démontre une réponse en fréquence dans la gamme des plusieurs GHz avec une efficacité quantique µm l'ordre de 1 % sur l'ensemble du spectre visible µm soulignant le potentiel de l'optoélectronique visible à haute vitesse.