上海科技大学谢琎InfoMat:一种可实现高速探测、稳定电压输出和双波段发光的异质

SnO2作为一种半导体光电材料一直以来备受关注。目前,报道的SnO2探测器大多为光电导型,虽然其响应度很高,但响应速度极慢。另外SnO2具有高达130 meV的激子束缚能,有望实现高效发光。但由于SnO2中的偶极子跃迁禁止定则,其近带边的发光是不被允许的,所以目前关于SnO2电致发光的报道均与缺陷能级相关。因此,实现高速探测和电致近带边发光的SnO2基光电器件是一个重要的研究课题。

图1. 器件制备流程示意图

针对以上问题,上海科技大学谢琎教授的科研团队在Wiley出版集团新推出的信息材料领域高影响力期刊InfoMat上发表的题为“Scalable manufacture of vertical p-GaN/n-SnO2 heterostructure for self-powered ultraviolet photodetector, solar cell and dual-color light emitting diode”的文章中,报道了一种p-GaN/n-SnO2异质结,如图1所示,p型GaN采用金属化学气相沉积(MOCVD)的方法制备,而n型SnO2则在p型层上利用原子层沉积(ALD)技术制备。

图2. 异质结器件可实现高速探测、稳定电压输出和双波段发光的功能

构筑的p-GaN/n-SnO2异质结器件同时具备高速探测、稳定光伏电压输出和双波段发光的功能。在0 V的工作偏压下,器件的上升响应时间为340 ns,下降响应时间为61 μs,峰值光响应度为185 mA/W,相应的外量子效率高达74%。此外,该器件在340 nm波长的光照下,可实现1.3 V的稳定电压输出。最后,该器件在电注入的条件下实现了UVA和紫光双波段发光,其中UVA波段的发光来源于SnO2材料的载流子复合近带边发光,而紫光波段的发光则与GaN:Mg材料的受主能级有关,并且研究人员首次在SnO2材料中观察到了量子限制斯塔克效应。

该工作发表在InfoMat(DOI: 10.1002/inf2.12127)上。