构建双极型氮化镓PN结实现双通道加密光通信应用

半导体p-n结二极管是构建光电器件的基本单元之一。然而，传统p-n结二极管在某种程度上受到电流整流行为的限制，这使得载流子的调控性受到影响，限制了器件的功能和应用，因此需要对其进行重新配置。

为了克服这一挑战，研究人员报告了一种简便的方法，利用GaN基半导体p-n同质结纳米线阵列构建了双极结光电极，展示了由不同光波长控制的双极光响应。通过理论模拟引导，在纯净纳米线的基础上修饰钌氧化物（RuOx）层，所得光电极的正光电流和负光电流分别提高了775%和3000%。钌氧化物层优化了纳米线表面的势垒弯曲，有助于促进GaN/电解质界面的电荷转移，同时提高了氢气和氧气的还原氧化反应效率，从而同时优化正负光电流。最后，他们构建了一个双通道光通信系统，利用仅需一个光电极即可解码具有加密属性的双波段信号。提出的双极性器件架构为操纵载流子动态、开发未来传感、通信和成像系统中的多功能光电子设备提供了可行途径。

该成果发表以“Light-Induced Bipolar Photoresponse with Amplified Photocurrents in an Electrolyte-Assisted Bipolar p–n Junction”为题，以“Frontispiece”封面插图形式发表于Advanced Materials （Advanced Materials 2023,35, 2300911）。中国科学技术大学方师博士为论文的第一作者，孙海定教授为论文的通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金、中国科学院国际项目等多个项目的支持。

图1 双极光响应的工作原理

图2 器件双极光响应的表征

图3 双通道加密光通信应用演示

第一作者简介：方师博士毕业于中国科学技术大学，主要研究领域为半导体材料与光电子器件。以第一作者在Nature Communications、Advanced Materials、Light: Science & Applications、Advanced Functional Materials、Nano Letters等期刊发表多篇论文并获得中国科学院院长奖。

审核编辑：刘清