自供电、低噪声和高速纳米层MoSe2/p-GaN异质结光电探测器，从紫外到近红外波长*
1. 概述
纳米层金属硫族化物与宽带隙半导体的集成形成pn异质结，为高性能光电探测开辟了道路。本工作展示了用于光检测目的的几纳米厚的二硒化钼（MoSe2）/Mg掺杂的氮化镓（p-GaN）异质结构的制备。该器件表现出从紫外到近红外（300–950 nm）的低噪声宽带光谱响应。MoSe2/p-GaN界面处的能带对准和电荷转移促进了自供电光电探测，在365nm和640nm处分别具有2000和1000的高光电流与暗电流比。在1V的外加偏压下，在365nm处获得了130A W−1的高响应率、4.8×1010Jones的探测率和18fW/Hz1/2的低噪声等效功率。此外，瞬态测量显示，所制造的器件的快速上升/下降时间为407/710μsec。这些结果证明了MoSe2/p-GaN异质结构在高速和低噪声宽带光电探测器应用中的可行性。
2. 样品制备
该光电器件是通过机械剥离法从体相晶体中转移少量的MoSe2纳米层到从p-GaN/蓝宝石衬底上（由中芯晶研提供）制造的。通过将制备的样品保持在丙酮中30分钟以去除胶带残留物。随后通过电子束蒸发沉积100nm的蓝宝石介电层，以提供用于形成接触的绝缘。执行第一光刻工艺以限定蓝宝石的蚀刻窗口。
之后，使用湿化学蚀刻剂（缓冲氢氟酸）从所需区域蚀刻蓝宝石以沉积金属接触。第二光刻工艺进一步确定金属电极面积，并且热蒸发系统用于Ni/Au（10nm/60nm）金属化。随后，通过剥离技术形成接触。这种Ni/Au（10/60nm）接触金属化最初分别在具有机械剥离的MoSe2薄片的p-GaN/蓝宝石衬底和SiO2/Si衬底上进行，以检查它们的欧姆行为。圆形传输线法（CTLM）用于确定p-GaN（8.823×10–3Ωcm2）和MoSe2情况下的接触电阻率，相应的输出特性描述了其接近欧姆的性质。
图1 （a） MoSe2/p-GaN异质结器件的制造步骤，（b）异质结器件在照明和偏置下的示意图，以及（c）所制造器件的光学图像。
3. 结论
在本工作中，制备了纳米MoSe2和p-GaN异质结构，并对其进行了电学表征，用于光电探测。所制造的器件显示出来自UV-NIR波长区域的宽光谱响应。在1V的偏压下，365nm、640nm和780nm的响应度分别为130A/W、31A/W和19A/W。在365nm处获得18fW/Hz1/2的最小噪声等效功率。在零偏压下，该器件在365nm和640nm处分别显示出267mA/W和133mA/W的响应度。这表明所制造的异质结构具有良好的光敏性以及自供电性质。获得的光响应是由于异质结处的能带排列和高光电导增益。
此外，在调制光下的瞬态测量表明，MoSe2/p-GaN异质结的响应时间为407/710μsec（上升/下降时间）。该装置在光和暗条件下的瞬态响应具有良好的稳定性和再现性。
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