High-Speed and High-Responsivity Vertical van der Waals Heterostructure Waveguide Photodetector Operating in Telecom Band

响应度 光电探测器 异质结 光电子学 材料科学 范德瓦尔斯力 光学 物理 量子力学 分子
作者
Changming Yang,Zeyi Liu,Hongjun Cai,Dehui Li,Yu Yu,Xinliang Zhang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c14937
摘要

Telecom-band waveguide photodetectors have revealed great potential for optical communication, computing, and light detection and ranging. Traditional silicon-based waveguide photodetectors based on bulk materials suffer from lattice and thermal expansion coefficient mismatch, resulting in the degradation of device performance. Recently, two-dimensional MoTe2 has become an attractive candidate for waveguide photodetectors due to the absence of dangling bonds and strong light-matter interaction. However, the large bandgap and low carrier mobility of MoTe2 pose an obstacle to achieving high responsivity and large bandwidth in the telecom band. Here, we demonstrate a high-speed and high-responsivity vertical graphene-MoTe2-graphene heterostructure photodetector. Benefiting from the strain-induced bandgap manipulation, the device exhibits a high responsivity of 20 mA W–1 in the telecom C-band (∼1550 nm) and a record-high responsivity of 567 mA W–1 in the telecom O-band (∼1310 nm). On the other hand, the vertical heterostructure minimizes the carrier transit path and promises a high 3 dB bandwidth of 4.81 GHz. Thanks to the comprehensive engineering of the band gap and carrier transition, the demonstrated device achieves a record-high responsivity-bandwidth product. This work demonstrates a high-responsivity and high-speed MoTe2 photodetector for telecom-band applications.
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