Deep-ultraviolet electroluminescence and photocurrent generation in graphene/hBN/graphene heterostructures

石墨烯 光电流 电致发光 异质结 紫外线 材料科学 光电子学 纳米技术 紫外线 图层(电子)
作者
Su‐Beom Song,Sangho Yoon,So Young Kim,Sera Yang,Seung‐Young Seo,Soonyoung Cha,Hyeon‐Woo Jeong,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Gil‐Ho Lee,Jun Sung Kim,Moon‐Ho Jo,Jonghwan Kim
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1) 被引量:53
标识
DOI:10.1038/s41467-021-27524-w
摘要

Abstract Hexagonal boron nitride (hBN) is a van der Waals semiconductor with a wide bandgap of ~ 5.96 eV. Despite the indirect bandgap characteristics of hBN, charge carriers excited by high energy electrons or photons efficiently emit luminescence at deep-ultraviolet (DUV) frequencies via strong electron-phonon interaction, suggesting potential DUV light emitting device applications. However, electroluminescence from hBN has not been demonstrated at DUV frequencies so far. In this study, we report DUV electroluminescence and photocurrent generation in graphene/hBN/graphene heterostructures at room temperature. Tunneling carrier injection from graphene electrodes into the band edges of hBN enables prominent electroluminescence at DUV frequencies. On the other hand, under DUV laser illumination and external bias voltage, graphene electrodes efficiently collect photo-excited carriers in hBN, which generates high photocurrent. Laser excitation micro-spectroscopy shows that the radiative recombination and photocarrier excitation processes in the heterostructures mainly originate from the pristine structure and the stacking faults in hBN. Our work provides a pathway toward efficient DUV light emitting and detection devices based on hBN.
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