Atomically Thin Gallium Nitride for High‐Performance Photodetection

材料科学 光电子学 光探测 光电探测器 氮化镓 响应度 薄膜 紫外线 微电子 氮化物 小型化 纳米技术 图层(电子)
作者
Shubhendra Kumar Jain,Nitu Syed,Sivacarendran Balendhran,Sherif Abbas,Rajour Tanyi Ako,Mei Xian Low,Charlene J. Lobo,Ali Zavabeti,Billy J. Murdoch,Govind Gupta,Madhu Bhaskaran,Kenneth B. Crozier,Salvy P. Russo,Torben Daeneke,Sumeet Walia
出处
期刊:Advanced Optical Materials [Wiley]
卷期号:11 (15) 被引量:14
标识
DOI:10.1002/adom.202300438
摘要

Abstract Gallium nitride (GaN) technology has matured and commercialised for optoelectronic devices in the ultraviolet (UV) spectrum over the last few decades. Simultaneously, atomically thin materials with unique features have emerged as contenders for device miniaturization. However, the lack of successful techniques to produce ultra‐thin GaN prevents access to these new predicted properties. Here, this important gap is addressed by printing millimeter‐large ultra‐thin GaN nanosheets (NS) (≈1.4 nm) using a simple two‐step process that simultaneously introduces nitrogen point defects. This extends the photoelectrical spectral response from UV (280 nm) to near infrared (NIR) (1080 nm). The GaN‐based photodetectors display excellent figures of merit, having a responsivity (2.72 × 10 4 A W −1 ) up to four orders of magnitude higher than the commercial photodetectors at room temperature, despite being 10 2 –10 3 times thinner. The photodetectors exhibit fast switching, with rise and decay time in the range of microseconds. The state‐of‐the‐art device performance originates from the ultra‐thin nature of GaN NS coupled with nitrogen point vacancies in the synthesis process. This work presents the opportunity to significantly expand the reach of GaN semiconductor technology and may lead to applications in high‐performance miniaturized imaging systems, spectroscopy, communication, and integrated optoelectronic circuits.
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