基于谐振腔增强型石墨烯光电探测器的设计及性能分析-梁振江.pdf

《基于谐振腔增强型石墨烯光电探测器的设计及性能分析-梁振江.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于谐振腔增强型石墨烯光电探测器的设计及性能分析-梁振江.pdf（7页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 65, No. 13 (2016) 138501基于谐振腔增强型石墨烯光电探测器的设计及性能分析 梁振江刘海霞y牛燕雄尹贻恒(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京100191)(2016年1月28日收到; 2016年3月27日收到修改稿)提出了一种具有超薄有源层的谐振腔增强型石墨烯光电探测器的设计方法,利用谐振腔结构可以将光场限制在腔内,有效增强探测器的吸收.通过研究谐振腔内光场谐振条件及谐振模式下探测器响应度增强的机理,建立了驻波效应下谐振腔增强型石墨烯光电探测器光吸收模型,仿真分析谐振腔反射镜反射率、谐振腔腔长对于腔内光场增强器件性

2、能的影响.理论分析表明,谐振腔增强型石墨烯光电探测器在850 nm处响应度可达0.5 A/W,相比无腔状态下提高了32倍;半高全宽为10 nm.采用谐振腔结构能够提高石墨烯光电探测器件的光电响应,为解决光电探测器响应度与响应速度之间的相互制约关系提供了途径.关键词:谐振腔,石墨烯光电探测器,响应度,波长选择性PACS: 85.60.Gz, 81.05.ue, 85.60.q DOI: 10.7498/aps.65.1385011引言石墨烯光电探测器(graphene photodetec-tors, GPD)由于石墨烯有源层具有特殊的零带隙结构、室温下超高的电子迁移率(高于15000cm2 V

3、 1 s 1)、低于铜银的电阻率(10 6 cm)等特性,从而能够突破传统探测器的“长波限制”,具有探测范围宽、响应速度快的特点1 6;另外,GPD易于单片集成且与硅工艺兼容,这些特点使GPD在光纤通信领域有着极大的应用潜力.随着石墨烯制备与转移技术的不断发展,以化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)法7和湿法8为代表,给GPD的发展带来了新的机遇和挑战.目前,对GPD的研究已经有很多报道,但由于石墨烯在可见光至近红外波段的垂直吸收率仅为2.3%9;10(即吸收系数为6.8 10 7 m 1),极大地限制了GPD的响应度.如2009年, Xia等11制备的

4、第一个GPD以石墨烯为有源区, SiO 2为衬底,得到的响应度仅为0.5 mA/W; 2010年, Mueller等12提出的非对称叉指电极(metal-graphene-metal, MGM)结构GPD,采用MGM结构,虽然解决了无源漏偏压条件下净光电流不为零的问题,但得到的响应度也只有1.5 mA/W.为保证GPD在可见光至近红外区域有良好的吸收,必须增加石墨烯的厚度,但这一条件会使石墨烯丧失作为二维平面材料具有的独特性质以及限制器件的高速光电响应. GPD器件以不足一个纳米厚度的石墨烯为有源区,具有非常高的响应速度.近年来,为使GPD同时兼具高响应度与响应速度的特性,研究者尝试了等离子体

5、增强13 15、波导集成16 18和谐振腔增强19;20等方法来达到增强光透射和吸收的作用,从而有效提高具有超薄有源层的GPD的响应度.如2012年, Fang等15将高分子聚合物的纳米颗粒耦合到石墨烯表面,在光照条件下,通过表面等离子体效应增强局域电场,器件的响应度达到了13 mA/W; 2013年, Gan等18将石墨烯与硅波导集成,利用瞬逝电场激发石墨烯中的光生载流子,器件的响应度达到了100 mA/W,但北京市自然科学基金(批准号: 7152089)资助的课题.通信作者. E-mail: 2016中国物理学会Chinese Physical Society http:/138501-

6、1物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 65, No. 13 (2016) 138501响应波长只在14501590 nm之间.谐振腔增强型GPD通过将入射光限制在两反射镜构成的腔内,发生多次反射产生干涉增强作用,从而激发石墨烯产生更多的光生载流子,提高器件的响应度.另外,谐振腔增强型GPD还具有在无偏压条件下工作、波长选择性以及易于与微电子电路集成等特性,对于波分复用解复用(wavelength divi-sion multiplexing, WDM)系统具有重要意义20.2012年, Engel等19首次将石墨烯晶体管与平面光学微腔进行整片集成,采用Ag, Au金属反射镜分别作

7、为顶层反射镜和底层反射镜,石墨烯位于腔中心,结果探测到的光电流增强了20倍.然而Ag, Au金属反射镜会吸收部分的入射光,产生额外的损耗.同年, Furchi等20采用分布布拉格(dis-tributed bragger reection, DBR)反射镜替代金属反射镜,通过在腔中加入一层Si3N4缓冲层,使石墨烯处于腔内光场幅值最大的位置,最终器件的响应度达到21 mA/W.但由于引入缓冲层,增加了器件的工艺复杂度,另外文中对谐振腔内光场谐振增强的机理、驻波效应并没有深入的探讨研究,以及缺少对谐振腔腔长这一结构参数的定性定量分析.对于谐振腔增强型GPD,国内外有关其增强机理的分析以及器件结构

8、的优化设计的报道并不多见.本文提出了一种具有超薄有源层的谐振腔增强型GPD光电探测器的设计方法.采用DBR反射镜构成谐振腔,利用入射光在腔内的谐振效应增强器件的吸收,提高响应度;分析了谐振腔反射镜反射率、谐振腔腔长结构参数对于器件响应度的影响,并对驻波效应、腔内光场谐振条件及谐振模式下响应度增强的机理进行了阐述.2理论分析及模型的建立2.1理论分析入射光在构成谐振腔的两个反射镜之间来回反射的过程中会引起反射相移,当光波在腔内来回反射一次所引起的总相移为 的偶数倍时,会产生谐振效应,光场增强,通过光波多次穿过有源层,从而增强器件的吸收,提高响应度.谐振条件方程为c = 4nL 2m t b; (

9、1)其中 c为谐振波长; n为折射率; L为谐振腔腔长;t, b分别为光波在顶层和底层反射镜反射时所引起的反射相移; m为整数.由(1)式可知,当入射光波与谐振腔模式相匹配,才能在腔内产生谐振增强作用,由此可通过对谐振波长的设计使器件具有特定的波长选择性,因此在设计时需重点对谐振腔结构参数进行调控,以达到对特定波长的光有明显响应度增强的目的.2.2模型建立谐振腔增强型GPD的设计结构如图1(a)所示,图1(b)为二维结构图.本文采用SiO2与Si两种半导体材料周期性交替组合而成四分之一波长堆栈(quarter waves tacks, QWSs)21构成DBR反射镜,由于SiO2/Si具有很高

10、的相对折射率,实现反射镜高反射率所需要生长的SiO2/Si薄膜层数较少,从而能降低器件的工艺复杂度、串联电阻以及制造成本22.图1(b)中L为谐振腔腔长,整个器件以SiO2为衬底.谐振腔增强型GPD的响应度是评价其性能的重要指标.当光波在谐振腔内来回反射时,两个相向传播的光波会相互叠加形成驻波,由于石墨烯厚度只有纳米级别,其光学厚度不到一个驻波周期,当有源层处于波腹和波节不同位置时,器件的吸收分别达到最大与最小.驻波效应23改变了石墨烯有源层的有效吸收,如图2所示,可以看出,有源层的有效吸收随厚度的变化发生了改变,单层石墨烯(厚度为0.3 nm)在波腹处的有效吸收系数增大了一倍.因此在计算器件

11、响应度时必须考虑驻波效应.令入射光从空气界面垂直入射,在谐振条件下器件响应度的表达式为R = e1 +Rbe (1 sin ( d) d) d(1 Rt)1 e (1 sin( d) d) dh 1 pRtRbe (1 sin( d) d) d2: (2)通过对有源层吸收一个光子产生载流子数目的计算得到光生载流子电荷量,再与入射光子的能量进行相比可得到响应度R.上式中 为石墨烯有源层吸收系数, 为传输常数, d为石墨烯有源层厚度,Rt和Rb分别为顶层和底层DBR反射镜反射率, e为单位电荷量, h为普朗克常量, 为入射光频率.由于石墨烯具有独特的零带隙特性,可以对任意波段进行响应,其中波长为8

12、50 nm的光波常用于低损耗多模光纤数据连接系统24,因此本文重点针对850 nm的响应度增强进行结构优化设计,并分析谐振腔反射镜反射率Rt与Rb、谐振腔腔长138501-2物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 65, No. 13 (2016) 138501L对于器件响应度的影响,最终提出对谐振腔增强型GPD的设计要求.1XXODBRODBRL SiO2SiO2SiSiO2Si(b)(a)图1 (网刊彩色)谐振腔增强型GPD的结构示意图(a)三维结构图; (b)二维结构图(图中光从空气界面垂直入射到GPD上)Fig. 1. (color online) Schematic ill

13、ustrationfor microcavity-enhanced graphene photodetector:(a) Three dimension structure, (b) 2D structure (nor-mal incidence light is from air interface to GPD in thispicture).0 200 400 600 800 100000.40.81.21.62.0&O/nm&n/n+图2 (网刊彩色)驻波效应下石墨烯有源层的有效吸收与厚度的关系Fig. 2. (color online) The relationship of gra

14、phene ac-tive layers eective absorbtion and thickness underthe standing wave eect.3仿真结果与讨论在设计谐振腔型GPD时,主要分析谐振腔结构对于腔内光场谐振增强的影响,重点考虑谐振腔反射镜反射率和谐振腔腔长两个参数.根据(1)和(2)式,这两个参数直接影响光波在腔内的总相移,从而影响器件的谐振波长和响应度.本文以单层石墨烯为有源层,以850 nm为入射光波长作为初始条件,仿真模拟得到最佳结构.3.1谐振腔反射镜反射率对谐振腔增强型GPD响应度的影响选取SiO2与Si作为构成DBR反射镜的半导体材料,根据QWSs原

15、理,将SiO2层与Si层的物理厚度分别设置为140 nm和62 nm,并组成SiO2/Si薄膜,采用光学传输矩阵法来计算不同薄膜层数的DBR反射镜反射率.图3展示了在谐振条件下器件响应度与两个谐振腔反射镜反射率变化的关系,图4(a)展示了在不同SiO2/Si薄膜层数下顶层和底层反射镜反射率随波长的变化关系.NHhH/ASW-10.60.50.40.30.20.1000 0.20.20.40.40.60.60.80.8QQqQQq1.01.0图3 (网刊彩色)谐振条件下器件响应度与谐振腔反射镜反射率的关系Fig. 3. (color online) The relationship of the

16、 devicesresponsibilityandcavitymirrorsreectivityundertheresonance condition.由图3可知,随着顶层和底层反射镜反射率的同步增大,器件的响应度也随着增大,在两反射镜反射率均接近1时出现最大值.在谐振腔增强型光电探测器反射镜的实际设计中,常将底层反射镜反射率设置为1,底层反射镜反射率越高,越多的光波返回腔内,从而增强器件的吸收;而顶层反射镜是部分透射的,在底层反射镜反射率一定的情况下,随着顶层反射镜反射率的增加,响应度先增加后减小,在顶层反射镜接近1时,响应度为零,这与实际情况也吻合.当顶层反射镜反射率为1时,入射光波全部被

17、反射,没有光波进入腔内,响应度自然为零.通过图3对顶层及底层反射镜反射率的扫描,得到这两个参量之间的最佳匹配关系,即当顶138501-3物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 65, No. 13 (2016) 138501层及底层反射镜反射率分别为91.0%和99.8%时,得到最大响应度0.68 A/W.由图4(b)可知,当顶层和底层反射镜分别由三层和五层SiO2/Si薄膜组成时,可得到最接近优化值的反射率97.0%和99.8%,最终器件响应度为0.50 A/W,当不采用谐振腔时,即Rt与Rb分别为0,由于没有谐振腔,并不会产生驻波增强效应,因此无腔情况下器件响应度为R = e(1

18、 e d)/h .通过计算可得,在850 nm处,无腔情况下器件响应度仅为0.0154 A/W.以上理论分析表明,采用谐振腔与无腔相比,器件响应度能够提高32倍.500 700 850900 1100 1300 150000.200.400.600.800.851.00&1&1(a)8500.9540.9700.9910.9940.998/nm/nm0.994(O&1-OSiO2/Si)0.991(O&1-OSiO2/Si)O&1-OSiO2/SiO&1-OSiO2/Si0.998(O&1-OSiO2/Si)(b)O&1-OSiO2/SiO&1-OSiO2/SiO&1-OSiO2/SiO&1-

19、OSiO2/SiO&1-OSiO2/SiO&1-OSiO2/Si图4 (网刊彩色)不同SiO2/Si薄膜层数下顶层和底层反射镜反射率与波长的关系; (b)为(a)的局部放大图Fig. 4. (color online) The relationship between topmirror and bottom mirrors reectivity with wave-length under dierent SiO2/Si thin lms condition;gure (b) is the partial enlarged drawing of gure (a).3.2谐振腔腔长L对谐振腔增

20、强型GPD响应度的影响在光通信及光信息处理领域,光电探测器的窄带高速特性尤其重要,响应度谱线的半高全宽(fullwidth at half maximum, FWHM)是其中一项重要指标.腔长L的改变使器件总相移发生直接变化,而总相移的变化将直接影响器件的FWHM,因而合理设计L对提升器件的FWHM有着重要作用.图5展示了在850 nm处,器件响应度与L的关系从图中可知,在L从01000 nm变化过程中,分别在L = 0, L = 425 nm, L = 850 nm处器件响应度达到最大值0.5 A/W,而这三个位置分别为半谐振波长的0, 0.5和1倍,器件响应度在L为半谐振波长的整数倍时达到

21、最大的周期性变化主要是由于改变腔长引起器件总相移变化的缘故.图6展示了在不同L情况下总相移与波长的变化关系;图7展示了在不同L条件下器件响应度随波长变化的关系.从图6可以发现,在入射光为850 nm处三条总相移曲线的总相移分别是0, 2 , 4 ,均为 的偶数倍,满足谐振条件进而使得响应度达到最大.随着L的增大,曲线两端的变化幅度越来越大,而在850 nm附近有近似单调递增的线性变化,相应斜率却在减小.由图7可知, L引起总相移这种规律性的变化对应器件响应度在850 nm处FWHM的0 200 425 600 850 100000.20.40.50.6_ L/nm/ASW-1图5 (网刊彩色)

22、入射光为850 nm时器件响应度与L的关系Fig. 5. (color online) The relationship of the devicesresponsibility and L when the incidence lights wave-length is 850 nm.600 700 800 850 1000 1100 1200-505 6.281012.561520/nm1(/radL/L/ nmL/ nm图6 (网刊彩色)不同L情况下总相移与波长的关系Fig. 6. (color online) The relationship of the totalphase shi

23、fting and wavelength when L diers.138501-4物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 65, No. 13 (2016) 138501600 700 800 850 900 10001052 1100 120000.10.20.30.40.50.60.7/nm/ASW-1 L/L/ nmL/ nm图7 (网刊彩色)不同L情况下器件响应度与波长的关系Fig. 7. (color online) The relationship of devices re-sponsibility and wavelength when L diers.变化,其中L

24、 = 0时, FWHM为6 nm最小,随着L增大, FWHM增大;并且在响应度曲线两端出现波动,在L = 0时,波动最大,在1052 nm处还出现0.6 A/W的极值,主要是因为将L设置为0时,谐振腔反射镜引起的相移变化在总相移中占主导地位.波动越大代表干扰越大,在这里选择L为425 nm作为谐振腔腔长, FWHM为10 nm.3.3最优结构参数及对应的性能评估通过上述的讨论,对850, 1310, 1550 nm常用通信波段做了分析,如表1所列,具体针对850 nm,最终设计的谐振腔增强型GPD器件的结构参数为dSi = 62 nm, dSiO2 = 140 nm,并分别采用三层、五层SiO

25、2/Si薄膜构成谐振腔顶层、底层反射镜,使得Rt = 97.0%, Rb = 99.8%,谐振腔腔长L = 425 nm,最终器件响应度为0.5 A/W,且FWHM为10 nm.本文给出驻波效应下的最大响应度,对于谐振腔内的光场分布,可通过采用光学矩阵传输法A = 1 R T (A表示吸收率, R, T分别表示总传输矩阵的反射率和透射率) 23求解吸收率,从而计算出腔内有源层最大吸收的位置,具体将另撰文详解.表1不同波长对应的优化参数及性能分析Table 1. Optimized parameters and performance analysis of dierent wavelength

26、s.谐振波长/nm dSi/nm dSiO2/nm Rt/% Rb/% L/nm响应度/A W 1 FWHM/nm850 62 140 97.0 99.8 425 0.5 101310 96 215 85.5 99.8 655 0.96 301550 113 255 95.0 99.8 775 1.12 204结论通过建立驻波效应下谐振腔增强型石墨烯光电探测器的光吸收模型,对谐振条件方程和响应度方程进行了数值分析.结果表明,驻波效应下石墨烯有源层的有效吸收系数在波腹处相比无腔环境下扩大了一倍,谐振腔腔长和谐振腔上下反射镜反射率直接影响光波在腔内折返一次的总相移,而总相移的变化改变了器件响应度谱

27、线的FWHM.通过协调谐振腔腔长、谐振腔反射镜反射率和入射波长三者之间的关系,可使器件具有波长选择性.理论分析中,分析了谐振腔反射镜Rt和Rb、谐振腔腔长L对于谐振腔增强型GPD响应度的影响,给出谐振腔增强型GPD器件在不同输入波段的最优结构参数及其性能评估.具体针对波长850 nm的入射光,最终器件响应度达到0.5 A/W, FWHM为10 nm,表现出高响应度和窄带性.在实际应用中,也可通过采用外加偏压的方式,加快载流子的迁移速度,使产生更多光生载流子,从而提高响应度,但由于石墨烯与电极接触形成的高串联电阻却阻碍了响应度的提高,测量值与理论值会存在一定误差,因此在采用外加偏压方式时需对偏压

28、大小进行定量分析.理论分析表明,通过谐振腔将入射光波限制在腔内,发生多次反射穿过石墨烯有源层,可增强GPD探测器的吸收.参考文献1 Yin W H, Han Q, Yang X H 2012 Acta Phys. Sin. 61248502 (in Chinese) 尹伟红,韩勤,杨晓红2012物理学报61 2485022 Geim A K, Novoselov K S 2007 Nat. Mater. 6 1833 Wallace P R 1947 Phys. Rev. 71 6224 Novoselov K S, Geim A K, Morozov S V, Morozov S V,Jia

29、ng D, Zhang Y, Dubonos S V, Grigorieva I V, FirsovA A 2004 Science 306 6665 Phaedon A 2010 Nano Lett. 10 4285138501-5物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 65, No. 13 (2016) 1385016 Zhang Q H, Han J H, Feng G Y, Xu Q X, Ding L Z, LuX X 2012 Acta Phys. Sin. 61 214209 (in Chinese) 张秋慧,韩敬华,冯国英,徐其兴,丁立中,卢晓翔2012物理学报61

30、2142097 Gao L, Guest J R, Guisinger N P 2010 Nano Lett. 1035128 Reina A, Son H, Jiao L Y, Fan B, Dresselhaus M S, LiuZ F, Kong J 2008 J. Phys. Chem. C 112 177419 Zeng C, Guo J, Liu X M 2014 Appl. Phys. Lett. 10512110310 Chen Y L, Feng X B, Hou D D 2013 Acta Phys. Sin. 62187301 (in Chinese) 陈英良,冯小波,侯

31、德东2013物理学报62 18730111 Xia F N, Mueller T, Lin Y M, Valdes-Garcia A, AvourisP 2009 Nat. Nanotechnol. 4 83912 Mueller T, Xia F, Avouris P 2010 Nat. Photon. 4 29713 Liu Y, Cheng R, Liao L, Zhou H L, Bai J W, Liu G, LiuL X, Huang Y, Duan X F 2011 Nat. Commun. 2 57914 Yu W J, Liu Y, Zhou H L, Yin A X, Li

32、 Z, Huang Y,Duan X F 2013 Nature Nanotechnol. 8 95215 Fang Z Y, Liu Z, Wang Y M, Pulickel M A, Peter N,Naomi J H 2012 Nano Lett. 12 380816 Fromherz T, Mueller T 2013 Nat. Photon. 7 89217 Wang X M, Cheng Z Z, Xu K, Tsang H K, Xu J B 2013Nature Photon. SI. 7 88818 Gan X T, Shiue R J, Gao Y D, Meric I,

33、 Heinz T F, Shep-ard K, Hone J, Assefa S, Englund D 2013 Nat. Photon.7 88319 Engel M, Steiner M, Lombardo A, Ferrari A C, Lohney-sen H V, Avouris P, Krupke R 2012 Nat. Commun. 390620 FurchiMM,UrichA,PospischilA,LilleyG,UnterrainerK, Detz H 2012 Nano Lett. 12 277321 Zhou Y 2009 M. S. Dissertation (Ch

34、engdu:Universityof Electronic Science and Technology of China) (in Chi-nese) 周勇2009硕士学位论文(成都:电子科技大学)22 Schaub J D, Li R, Campbell J C, Schow C L, NeudeckG W, Denton J 1999 Photon. Technol. Lett. 11 164723 Ferreira A, Peres N M R, Ribeiro R M, Stauber T 2012Phys. Rev. B 85 11543824 Pepeljugoski P, Ku

35、chta D, Kwark Y, Pleunis P, Kuyt G2002 IEEE Photon. Technol. Lett. 14 717138501-6物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 65, No. 13 (2016) 138501Design and performance analysis ofmicrocavity-enhanced graphene photodetector Liang Zhen-Jiang Liu Hai-Xiay Niu Yan-Xiong Yin Yi-Heng(School of Instrument Science and Opt

36、oelectronic Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China)( Received 28 January 2016; revised manuscript received 27 March 2016 )AbstractThere is an increasing interest in grapheme photodetector for its applications, because graphene has rich opticaland electronic properties, including zero

37、 band gap, high mobility and special optical absorption properties. A design ofmicrocavity-enhanced photodetector based on ultra-thin graphene is proposed in this paper: detector absorption can beeectively improved by conning the light eld in the microcavity. Through studying the light eld resonant

38、condition inthe microcavity and enhanced mechanism of detector responsivity under resonant mode, the light absorption model of amicrocavity-enhanced graphene photodetector under standing wave eect is established; it is analyzed that the inuencesof microcavity mirror reectivity and length on detector

39、 performance are increased by light eld. Further the optimalstructure parameters and performance evaluations of microcavity-enhanced graphene photodetector at dierent incidentwavelengths are demonstrated. Theoretical analysis shows that under the standing wave eect the eective absorptioncoecient of

40、monolayer graphene at the antinode is one multiple enlargement compared with no cavity; the microcavitylength and topbottom mirror reectivity directly aect the optical total phase during light folding back at one time in themicrocavity, and the shift of the total optical phase changes the full width

41、 at half maximum (FWHM) of the responsivityof the microcavity-enhanced graphene photodetector. Through coordinating the relations among the microcavity lengthand reectivities of two mirrors and the incident wavelength, it can be realized that the photodetector has a goodcharacteristic of wavelength

42、selectivity. At a nominal operating wavelength of 850 nm, the presented microcavity-enhanced graphene photodetector can reach a responsivity of 0.5 A/W, 32-fold increase compared with monolayergraphene photodetector with no cavity and FWHM can reach 10 nm, indicating that the designed photodetector

43、has ahigh responsivity and a good charactoristic of narrowband. As for the application in the practical engineering, throughadopting bias on the two sides of graphene in the cavity to speed up the migration velocity of the photon-generatedcarrier, more photon-generated carriers are produced to incre

44、ase the photodetector responsivity. However, the increasedlevel of photodetector responsivity will be impeded acctually on account of the high contact resistance between grapheneand electrode, and the measured value will not equal the theoretical value, so the quantitative analysis on the value ofth

45、e bias should be carried out. Through combining the microcavity with graphene the incident light can be conned toreect multiple times between two mirrors in the microcavity to improve the graphene absorption, and then make themicrocavity-enhanced graphene photodetector responsivity improved. Our app

46、roach can be used to improve the opticalresponse of graphene photodetector, and provides a way to solve the trade-o between photodetector responsivity andresponse speed.Keywords: cavity, graphene photodetector, responsibility, wavelength selectivityPACS: 85.60.Gz, 81.05.ue, 85.60.q DOI: 10.7498/aps.65.138501* Project supported by the Natural Science Foundation of Beijing, China (Grant No. 7152089). Corresponding author. E-mail: 138501-7