広帯域光電検出器は、イメージング、通信、分光解析などの分野で重要な応用価値を持っています。本研究では、化学気相成長法を用いて高結晶品質のマイクロメートル級Sb₂S₃単結晶を作製し、その欠陥密度は4.8×10¹⁰ cm⁻³に過ぎません。SCAPS-1Dソフトウェアを用いてSb₂S₃/GaAsヘテロ接合モデルを構築し、シミュレーション結果は、Sb₂S₃の欠陥密度を低減することがヘテロ接合の出力電流とスペクトル応答度の向上に寄与し、特に紫外および可視光帯で顕著であることを示しました。これに基づき、Sb₂S₃単結晶/n-GaAsヘテロ接合を基盤とした自己駆動型光電検出器を構築し、本デバイスは300～1000 nmの広いスペクトル範囲で優れた光電応答特性を示しました。0.4 mW·cm⁻²の光パワー密度下で、830 nmでの応答度は最高200 mA·W⁻¹に達し、検出率は3×10¹⁰ジョーンズを超え、-3 dB帯域幅は1 kHz以上、立ち上がり/立ち下がり応答時間はそれぞれ134 μsおよび223 μsでした。本研究は、高性能で広帯域かつ低消費電力の光電検出器の設計と作製に向けた実現可能な道を提供し、集積光電子およびセンサ分野における良好な応用可能性を示しています。

Sb₂S₃単結晶; 光電検出器; SCAPS-1D; 広帯域