通过半导体接合创建具有光电活性的 GaAs/GeSn-MQW/Ge 异质结
材料科学
2025-06-10 v1 应用物理
摘要
传统上，半导体器件的进步都由具有调制后带对齐的晶格匹配异质结驱动，通过异质生长技术实现。然而，人们对扩展异质结器件能力具有浓厚兴趣，特别是利用极端晶格失配。我们展示了通过采用先进的半导体接合技术，对晶格失配的单晶 GaAs/GeSn-多量子阱（MQW）/Ge n-i-p 异质结器件，实现了对器件行为和性能的控制和提升。通过工程化的带对齐和光学场分布，接合的 GaAs/GeSn-MQW/Ge 光电二极管实现了卓越的性能：实现了纪录般的低暗电流密度为 1.22E10^-7 A/cm^2，光谱响应范围扩展至约 0.5-2 μm， VIS 光电灵敏度达到 0.85 A/W， NIR 光电灵敏度达到 0.40 A/W（分别对应 520 nm 和 1570 nm）。该暗电流密度至少低于当前最先进的 GeSn 光电二极管的 5 个数量级。光电灵敏度在可见光波段实现了约七倍的提升，在红外波段实现了约三倍的改善。该工作提出了构建晶格失配半导体异质结器件的独特策略。更重要的是，这一工作的意义超越了当前的 GaAs/GeSn-MQW/Ge 实例，为其他材料体系提供了潜在应用，使器件设计摆脱了传统异质生长中严格的晶格匹配约束。
关键词
引用
@article{arxiv.2506.06849,
title = {Optoelectronically Active GaAs/GeSn-MQW/Ge Heterojunctions Created via Semiconductor Grafting},
author = {Jie Zhou and Haibo Wang and Yifu Guo and Alireza Abrand and Yiran Li and Yang Liu and Jiarui Gong and Po Rei Huang and Jianping Shen and Shengqiang Xu and Daniel Vincent and Samuel Haessly and Yi Lu and Munho Kim and Shui-Qing Yu and Parsian K. Mohseni and Guo-En Chang and Zetian Mi and Kai Sun and Xiao Gong and Mikhail A Kats and Zhenqiang Ma},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.06849},
year = {2025}
}
备注
25 pages, 6 figures