中国科大孙海定教授和阿基米德首席科学家刘胜院士Nature Electronics封面论文：发明新型氮化镓光电二极管

时间： 2024-05-17 来源：阿基米德半导体公众号

技术问答

近期，中国科学技术大学微电子学院iGaN实验室的Muhammad Hunain Memon博士、余华斌博士，孙海定教授等联合武汉大学刘胜院士团队等，在Nature Electronics上以“A three-terminal light emitting and detecting diode”发文，报道了一种多功能三端（三电极）二极管（three-terminal diode: TTD），并被主编推选为当期封面论文（如图1所示）。

图1：论文入选四月份期刊封面论<https://www.nature.com/natelectron/>

该新型光电二极管主要由传统两端氮化镓基p-n二极管，以及直接在p型GaN层上由金属/Al2O3介质层组成的单片集成的第三电极third terminal (Tt) 组成（如图2所示）。当该三端二极管作为发光二极管LED工作时，可以通过调节施加到第三电极Tt上的偏置电压，以调节LED的发光强度（如图3所示）。同时，由于引入第三电极Tt且该电极又具备集成偏置器（bias-tee)的功能，该器件的调制带宽可以从原来的 p-n 二极管中的160MHz大幅增加到263MHz（如图4所示）。此外，当该新型器件作为光电探测二极管工作时，在第三端Tt上施加的电压和入射光都可以作为控制输出光电流大小的信号输入，提供可重构的光电逻辑门，包括NAND和NOR等（如图5所示）。该新型器件的提出和实现，为将来实现光电集成芯片、高速光通信和光计算提供了一种全新的器件架构。

图2: Three-terminal optoelectronic diode的制备和器件表征。

图3: 新型光电二极管的电学和光学特性。

图4: 新型光电二极管在光学无线通信（optical wireless communication ，OWC）系统中的应用。通过巧妙利用光电单片集成设计，大幅提升器件工作带宽。

图5: 用于光电逻辑门（optoelectronic logic gates，OELG）的新型三端光探测器的实现。

文献链接Memon, M.H., Yu, H., Luo, Y.et al. A three-terminal light emitting and detecting diode. Nature Electronics, 7, 279–287 (2024). <https://www.nature.com/articles/s41928-024-01142-y>

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