NML研究文章 | CdSxSe1-x纳米线阵列的大面积定点定向可控生长及可集成光探测器的构建

 


本文亮点

1   利用图形外延效应,结合化学气相沉积法,在M-面蓝宝石上可控合成了组分可调、平面内定点定向排列的CdSxSe1-x纳米线阵列。

2    合成的CdSxSe1-x纳米线阵列不仅具有优异光致发光和光波导特性,而且所构建的可集成纳米线光探测器在可见光波段具有较高的响应度(~670 A/W)和较快的响应时间(~76 ms)。


内容简介

一维半导体纳米线是构建高性能可集成光电器件的基本单元,例如光二极管,激光器,传感器以及光探测器等。随着光子集成系统集成密度的提高,大面积纳米线阵列的生长技术成为面向下一代集成光电器件的关键问题。因此解决平面内定点定向纳米线生长和光电器件原位构建具有非常重要的意义。

CdSxSe1-x半导体单晶纳米线的光吸收和光发射几乎覆盖整个可见光波段(1.74 – 2.43 eV),是构建可见光波段高性能光探测器的理想材料。然而,截止目前, 平面内定点定向带隙可调CdSxSe1-x纳米线的可控合成是阻碍其在高密度集成光电器件领域应用的主要瓶颈。

湖南大学潘安练教授领导的纳米光子与集成器件研究团队,利用退火后M-面蓝宝石纳米级沟道的图形外延效应并结合化学气相沉积生长,通过设计不同的催化剂图形(pattern),可控合成了大面积平面内定点定向排列的带隙可调CdSxSe1-x纳米线。

所合成的纳米线光致发光在可见光波段(510-710 nm)连续可调,且具有高效的光波导性能。此外,所构建的光探测器在在可见光波段具有较高的响应度(~670 A/W)和较快的响应时间(~76 ms)。

此工作为宽带隙半导体纳米线在可集成光电器件领域的实际应用提供了的新的实验基础。


图文导读

1  定点定向排列CdSxSe1-x纳米线形貌表征

示意图a和SEM结果b和c表明,通过设计不同的催化剂pattern合成了表面光滑、线径均匀、生长方向一致的高质量CdSxSe1-x纳米线阵列,AFM结果(d)表明纳米线沿着蓝宝石纳米级沟道的方向生长。

2  光学性能表征

图a和图c所合成的CdSxSe1-x纳米线的光致发光在510-710 nm范围内连续可调,图c基于激发-探测空间分离的测试手段,证明纳米线具有优异的光波导性能

3   可集成光探测器构建

基于所合成的定向排列纳米线,构建了原位光电探测器。图b-e为不同组分CdSxSe1-x(x= 1, 0.8.0.24, 0)纳米线探测器功率依赖的I-V曲线,表明CdSxSe1-x纳米线具有较好的光电流响应特性

4  探测器性能指标

所构建的CdSxSe1-x纳米线光探测器在在可见光波段具有较高的响应度(~670 A/W)和较快的响应时间(~76 ms)。该结果明在蓝宝石衬底上合成的定向排列的CdSxSe1-x纳米线为可集成光电器件的实际应用提供了重要的实验基础。


作者简介

主要研究方向:

新型低维半导体纳米结构可控合成及光电特性及应用研究。

课题组主页:

http://nanophotonics.hnu.edu.cn


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