Demonstration of AlGaN/GaN-based ultraviolet phototransistor with a record high responsivity over 3.6 × 107 A/W

光探测 响应度 光电子学 材料科学 高电子迁移率晶体管 光电导性 光电二极管 紫外线 光电探测器 晶体管 物理 电压 量子力学
作者
Haochen Zhang,Fangzhou Liang,Kang‐Il Song,Chong Xing,Danhao Wang,Huabin Yu,Chen Huang,Yue Sun,Lei Yang,Xiaolong Zhao,Haiding Sun,Shibing Long
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:118 (24) 被引量:97
标识
DOI:10.1063/5.0055468
摘要

In this work, we demonstrate a high-performance ultraviolet phototransistor (UVPT) based on the AlGaN/GaN high-electron mobility transistor (HEMT) configuration. When the device is biased at off state, the peak photoresponsivity (R) of 3.6 × 107 A/W under 265 nm illumination and 1.0 × 106 A/W under 365 nm illumination can be obtained. Those two R values are one of the highest among the reported UVPTs at the same detection wavelength under off-state conditions. In addition, we investigate the gate-bias (VGS) dependent photoresponse of the fabricated device with the assistance of band structure analysis. It was found that a more negative VGS can significantly reduce the rise/decay time for 265 nm detection, especially under weak illumination. This can be attributed to a largely enhanced electric field in the absorptive AlGaN barrier that pushes the photo-generated carriers rapidly into the GaN channel. In contrast, the VGS has little impact on the switching time for 365 nm photodetection, since the GaN channel has a larger absorption depth and the entire UVPT simply acts as a photoconductive-type device. In short, the proposed AlGaN/GaN HEMT structure with the superior photodetection performance paves the way for the development of next generation UVPTs.
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