我国学者首创新型场效应调控光电二极管

科技日报讯 （记者吴长锋）记者5月6日从中国科学技术大学获悉，该校孙海定教授课题组与武汉大学刘胜院士团队合作，在国际上首次提出了新型三电极光电PN结二极管结构，构筑载流子调制新方法，实现了第三端口外加电场对二极管光电特性的有效调控。相关研究成果日前在线发表于期刊《自然·电子学》。

光电二极管作为光电集成芯片中必需的基本元件，已被广泛应用于LED、激光器、探测器等。然而，无论是作为发光单元还是探测单元的光电二极管，均需配置相应的外部驱动电路来实现电信号和光信号之间的转换。这一传统模式极大地限制了整个光电系统的信号传输速度和带宽，也不可避免地增大了系统体积和复杂度，限制了整个光电技术的集成与发展。

研究人员通过在P型区域引入“第三电极”，将传统的光电二极管与一个“金属—氧化物—半导体”结构进行巧妙而又紧凑的片上器件集成。这种三端二极管减少了光通信系统中对外部偏置器电路的需求，实现了更小体积、更宽带宽的光通信系统。当三电极二极管切换为光电二极管模式工作时，受第三端口施加的电压与入射光同时控制，可以实现可重构的高速光电逻辑门，而且在切换不同的逻辑门时无需对器件本身的结构进行任何改变，并形成完整的光控逻辑电路，从而利用外加电场对二极管发光或探测过程中的载流子输运行为进行有效调控。此外，团队还基于该新型光电二极管构建了光通信系统和可重构光电逻辑门系统，展示了该器件在光通信和光逻辑运算中的巨大应用潜力。

研究人员表示，由于该器件结构和制作工艺十分简单，该新型场效应调控光电二极管架构的提出，可被广泛应用于其他由各种半导体材料制成的有源光电子集成芯片和器件平台上，对推动下一代高速和多功能光电集成芯片的发展有着重要价值。