室温での検出能が高い偏光分解黒リン/二硫化モリブデン中赤外フォトダイオード

現在、赤外光検出器の応用空間が急速に拡大しており、安価な高感度小型検出器の需要が高まっている。継続的な進歩にもかかわらず、技術的要因、具体的には冷却の必要性とIII–V/II–VI半導体のプロセスコストの高さから、そうした検出器の普及が制限されている。本論文では、中赤外（MWIR）検出器として、黒リン（bP）/MoS₂ヘテロ接合フォトダイオードを調べている。過去の研究でbPを用いるフォトダイオードが実証されたが、今回我々は、その性能を著しく向上させ、そうしたデバイスが従来のMWIR光検出器に匹敵し得ることを示している。我々は、デバイス構造と光操作を最適化することによって、MWIR領域において35％の室温外部量子効率（η_e）と1.1 × 10¹⁰ cm Hz^1/2 W⁻¹という高さの比検出能（D^★）を実現する2端子デバイスを実証している。さらに我々は、bPの異方性光学特性を活用することによって、外部光学素子を必要とせずに動作する初のバイアス選択可能な偏光分解光検出器を実証している。