In this paper, we demonstrate an ultraviolet photodetector (UV-PD) that uses coalesced gallium nitride (GaN) nanorods (NRs) on a graphene/Si (111) substrate grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy. We report a highly sensitive, self-powered, and hybrid GaN NR/graphene/Si (111) PD with a relatively large 100 mm2 active area, a high responsivity of 17.4 A/W, a high specific detectivity of 1.23 × 1013 Jones, and fast response speeds of 13.2/13.7 μs (20 kHz) under a UV light of 355 nm at zero bias voltage. The results show that the thin graphene acts as a perfect interface for GaN NRs, encouraging growth with minimum defects on the Si substrate. Our results suggest that the GaN NR/graphene/Si (111) heterojunction has a range of interesting properties that make it well-suited for a variety of photodetection applications.
References
1.
A. R.
Acharya
, Himalayan Phys.
5
, 22
(2015
).2.
P.
Gupta
, A. A.
Rahman
, S.
Subramanian
, S.
Gupta
, S.
Thamizhavel
, T.
Orlova
, S.
Rouvimov
, S.
Vishwanath
, V.
Protasenko
, and M. R.
Laskar
, Sci. Rep.
6
, 23708
(2016
).3.
H.
Sekiguchi
, K.
Kato
, J.
Tanaka
, A.
Kikuchi
, and K.
Kishino
, Phys. Status Solidi
205
, 1067
(2008
).4.
S.
Guha
and N. A.
Bojarczuk
, Appl. Phys. Lett.
72
, 415
(1998
).5.
T.-L.
Wu
, D.
Marcon
, S.
You
, N.
Posthuma
, B.
Bakeroot
, S.
Stoffels
, M.
Van Hove
, G.
Groeseneken
, and S.
Decoutere
, IEEE Electron Device Lett.
36
, 1001
(2015
).6.
M. L.
Tu
, Y. K.
Su
, S. J.
Chang
, and R. W.
Chuang
, J. Cryst. Growth
298
, 744
(2007
).7.
C.
Zhao
, T. K.
Ng
, C. C.
Tseng
, J.
Li
, Y.
Shi
, N.
Wei
, D.
Zhang
, G. B.
Consiglio
, A.
Prabaswara
, A. A.
Alhamoud
, and A. M.
Albadri
, RSC Adv.
7
, 26665
(2017
).8.
S.
Chen
, K.
Shehzad
, X.
Qiao
, X.
Luo
, X.
Liu
, Y.
Zhang
, X.
Zhang
, Y.
Xu
, and X.
Fan
, J. Mater. Chem. C
6
, 11078
(2018
).9.
D.
Liu
, H. J.
Li
, J.
Gao
, S.
Zhao
, Y.
Zhu
, P.
Wang
, D.
Wang
, A.
Chen
, X.
Wang
, and J.
Yang
, Nanoscale Res. Lett.
13
, 261
(2018
).10.
X.
Zhang
, Q.
Liu
, B.
Liu
, W.
Yang
, J.
Li
, P.
Niu
, and X.
Jiang
, J. Mater. Chem. C
5
, 4319
(2017
).11.
C.
Zhao
, N.
Alfaraj
, R. C.
Subedi
, J. W.
Liang
, A. A.
Alatawi
, A. A.
Alhamoud
, M.
Ebaid
, M. S.
Alias
, T. K.
Ng
, and B. S.
Ooi
, Prog. Quantum Electron.
61
, 1
(2018
).12.
C.
Soci
, A.
Zhang
, B.
Xiang
, S. A.
Dayeh
, D. P. R.
Aplin
, J.
Park
, X. Y.
Bao
, Y. H.
Lo
, and D.
Wang
, Nano Lett.
7
, 1003
(2007
).13.
Y.
Zou
, Y.
Zhang
, Y.
Hu
, and H.
Gu
, Sensors
18
, 2072
(2018
).14.
W.
Guo
, M.
Zhang
, A.
Banerjee
, and P.
Bhattacharya
, Nano Lett.
10
, 3355
(2010
).15.
R.
Calarco
, R. J.
Meijers
, R. K.
Debnath
, T.
Stoica
, E.
Sutter
, and H.
Lüth
, Nano Lett.
7
, 2248
(2007
).16.
S. D.
Hersee
, X.
Sun
, and X.
Wang
, Nano Lett.
6
, 1808
(2006
).17.
G. T.
Wang
, A. A.
Talin
, D. J.
Werder
, J. R.
Creighton
, E.
Lai
, R. J.
Anderson
, and I.
Arslan
, Nanotechnology
17
, 5773
(2006
).18.
V.
Kumaresan
, L.
Largeau
, A.
Madouri
, F.
Glas
, H.
Zhang
, F.
Oehler
, A.
Cavanna
, A.
Babichev
, L.
Travers
, N.
Gogneau
, and M.
Tchernycheva
, Nano Lett.
16
, 4895
(2016
).19.
T.
Journot
, V.
Bouchiat
, B.
Gayral
, J.
Dijon
, and B.
Hyot
, ACS Appl. Mater. Interfaces
10
, 18857
(2018
).20.
D.
Periyanagounder
, G.
Paulraj
, V.
Purushothaman
, H.
Jr-Hau
, and K.
Jeganathan
, J. Mater. Chem. C
6
, 9545
(2018
).21.
K. I.
Bolotin
, K. J.
Sikes
, Z.
Jiang
, M.
Klima
, G.
Fudenberg
, J.
Hone
, P.
Kim
, and H. L.
Stormer
, Solid State Commun.
146
, 351
(2008
).22.
W.
Wang
, Y.
Xiao
, X.
Li
, Q.
Cheng
, and G.
Wang
, Chem. Eng. J.
371
, 327
(2019
).23.
C.
Xie
, Y.
Wang
, Z. X.
Zhang
, D.
Wang
, and L. B.
Luo
, Nano Today
19
, 41
(2018
).24.
Z.
Zulkifli
, S. M.
Shinde
, T.
Suguira
, G.
Kalita
, and M.
Tanemura
, Appl. Surf. Sci.
356
, 674
(2015
).25.
J.
Sun
, M. T.
Cole
, N.
Lindvall
, K. B.
Teo
, and A.
Yurgens
, Appl. Phys. Lett.
100
, 022102
(2012
).26.
A. V.
Babichev
, H.
Zhang
, P.
Lavenus
, F. H.
Julien
, A. Y.
Egorov
, Y. T.
Lin
, L. W.
Tu
, and M.
Tchernycheva
, Appl. Phys. Lett.
103
, 201103
(2013
).27.
H.
Tian
, Q.
Liu
, A.
Hu
, X.
He
, Z.
Hu
, and X.
Guo
, Opt. Express
26
, 5408
(2018
).28.
R. K.
Debnath
, R.
Meijers
, T.
Richter
, T.
Stoica
, R.
Calarco
, and H.
Lüth
, Appl. Phys. Lett.
90
, 123117
(2007
).29.
H. P. T.
Nguyen
, K.
Cui
, S.
Zhang
, M.
Djavid
, A.
Korinek
, G. A.
Botton
, and Z.
Mi
, Nano Lett.
12
, 1317
(2012
).30.
S.
Perraud
, S.
Poncet
, S.
Noël
, M.
Levis
, P.
Faucherand
, E.
Rouvière
, P.
Thony
, C.
Jaussaud
, and R.
Delsol
, Solar Energy Mater. Solar Cells
93
, 1568
(2009
).31.
K.
Park
, J. W.
Min
, R. C.
Subedi
, M. K.
Shakfa
, B.
Davaasuren
, T. K.
Ng
, B. S.
Ooi
, C.
Kang
, and J.
Kim
, Appl. Surf. Sci.
522
, 146422
(2020
).32.
D.
Kireev
, D.
Sarik
, T.
Wu
, X.
Xie
, B.
Wolfrum
, and A.
Offenhäusser
, Carbon
107
, 319
(2016
).33.
J. H.
Lee
, Z. M.
Wang
, and G. J.
Salamo
, Appl. Phys. Lett.
88
, 252108
(2006
).34.
I. M.
Høiaas
, A.
Liudi Mulyo
, P. E.
Vullum
, D.-C.
Kim
, L.
Ahtapodov
, B.-O.
Fimland
, K.
Kishino
, and H.
Weman
, Nano Lett.
19
, 1649
(2019
).35.
A. L.
Mulyo
, Y.
Konno
, J. S.
Nilsen
, A. T. J.
van Helvoort
, B.-O.
Fimland
, H.
Weman
, and K.
Kishino
, J. Cryst. Growth
480
, 67
(2017
).36.
I. M.
Tiginyanu
, V. V.
Ursaki
, V. V.
Zalamai
, S.
Langa
, S.
Hubbard
, D.
Pavlidis
, and H.
Föll
, Appl. Phys. Lett.
83
, 1551
(2003
).37.
R.
Calarco
, M.
Marso
, T.
Richter
, A. I.
Aykanat
, R.
Meijers
, A.
vd Hart
, T.
Stoica
, and H.
Lüth
, Nano Lett.
5
, 981
(2005
).38.
G.
Yu
, G.
Wang
, H.
Ishikawa
, M.
Umeno
, T.
Soga
, T.
Egawa
, J.
Watanabe
, and T.
Jimbo
, Appl. Phys. Lett.
70
, 3209
(1997
).39.
L.
Ravikiran
, K.
Radhakrishnan
, N.
Dharmarasu
, M.
Agrawal
, Z.
Wang
, A.
Bruno
, C.
Soci
, T.
Lihuang
, and K. S.
Ang
, IEEE Sens. J.
17
, 72
(2017
).40.
M.
Mishra
, A.
Gundimeda
, T.
Garg
, A.
Dash
, S.
Das
, and G.
Gupta
, Appl. Surf. Sci.
478
, 1081
(2019
).© 2020 Author(s).
2020
Author(s)
You do not currently have access to this content.
