Analysis of temperature dependence of dark current mechanisms in MWIR type-II superlattice photodiodes

• Autorzy: Wróbel J. , Madejczyk P. , Gawron W. , Rogalski A.

Warianty tytułu

PL

Analiza składowych prądu ciemnego fotodiod PIN z supersieci II typu InAs/ GaSb z zakresu średniej podczerwieni

• Konferencja: Krajowa Konferencja Elektroniki (12 ; 10-13.06.2013 ; Darłówko Wschodnie ; Polska)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

We report on temperature dependence characteristics of mid wavelength InAs/GaSb type-II superlattice photodiodes in a temperature range from 120 K to 240 K. A bulk based model with an effective bandgap of superlattice material has been used in modelling of the experimental data. Temperature and bias dependent differential resistances have been analyzed in detail due to contributing mechanisms that limit the electrical performance of the diodes. C1-HH1 reduced mass was estimated from the fitting to the high reverse bias (< - 1.0 V) voltage, and given about 0.015 m0 in the whole considered temperature range. This value agree well with much more complex simulations and cyclotron resonance measurements. Obtaining so good results was possible thanks to including series resistance into calculations.

PL

W pracy przedstawiono analizę charakterystyk prądowo-napięciowych oraz rezystancji dynamicznych fotodiod PIN z supersieci II typu InAs10ML/ GaSb10ML zakresu średniej podczerwieni. Rozważania teoretyczne transportu nośników przeprowadzono stosując teorię Shockley’a złącza wykonanego w materiale objętościowym. W zakresie temperatur 120 - 240 K zaobserwowano kilka mechanizmów składowych prądu ciemnego, w tym: mechanizm dyfuzyjny i generacyjno-rekombinacyjny, dwa mechanizmy tunelowania, oraz upływność powierzchniową. W obliczeniach uwzględniono również wpływ rezystancji szeregowej, który szczególnie w zakresie temperatur osiąganych przez chłodziarki termoelektryczne (T > 180 K), okazał się znaczący. Wybrane parametry dopasowujące uzyskane z analitycznych zależności na składowe prądu ciemnego (w tym masę zredukowaną przejścia C1-HH1) zostały porównane z dostępnymi literaturowymi danymi eksperymentalnymi.

Słowa kluczowe

EN

dark current; type II; superlattice; photodiode; differential resistance; infrared detection; high operating temperature; reduced mass

PL

prąd ciemny; drugi typ supersieci; fotodioda; rezystancja dynamiczna; detekcja podczerwieni; masa zredukowana

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 54, nr 9
• Strony: 113--116
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., wykr.

Twórcy

autor

Wróbel J.

• Military University of Technology, Institute of Applied Physics, Warsaw

autor

Madejczyk P.

• Military University of Technology, Institute of Applied Physics, Warsaw

autor

Gawron W.

• Military University of Technology, Institute of Applied Physics, Warsaw

autor

Rogalski A.

• Military University of Technology, Institute of Applied Physics, Warsaw

Bibliografia

• [1] G. A. Saihalasz, R. Tsu, L. Esaki, “New Semiconductor Superlattice”. Applied Physics Letters, 1977. 30 (12): p. 651-653.
• [2] L. L. Chang, et al., “Observation of Semiconductor-Semimetal Transition in Inas-Gasb Super-Lattices”. Applied Physics Letters, 1979. 35 (12): p. 939-942.
• [3] A. Rogalski, P. Martyniuk, “InAs/GalnSb superlattices as a promising material system for third generation infrared detectors”. Infrared Physics & Technology, 2006. 48 (1): p. 39-52.
• [4] A. Rogalski, “Infrared Detectors, Second Edition". 2009: CRC Press- INC.
• [5] F. Szmulowicz, et al., “Calculation of vertical and horizontal mobilities in InAs/GaSb superlattices”. Physical Review B, 2011. 84 (15): p. 14.
• [6] C. L. Canedy, et al., “Controlling dark current in type-II superlattice photodiodes”. Infrared Physics & Technology, 2009. 52 (6): p. 326-334.
• [7] A. Hood, et al., “High differential resistance type-II InAs/GaSb superlattice photodiodes for the long-wavelength infrared”. Applied Physics Letters, 2006. 89 (9).
• [8] J. Nguyen, et al., “Dark current analysis of InAs/GaSb superlattices j at low temperatures”. Infrared Physics & Technology, 2009. 52 (6): p. 317-321.
• [9] D. R. Rhiger, et al., “Characterization of LWIR diodes on InAs/GaSb Type-II superlattice material”. Infrared Physics & Technology, 2009. 52 (6): p. 304-309.
• [10] C. Cervera, et al., “Temperature dependence performances of InAs/GaSb superlattice photodiode”. Infrared Physics & Technology, 2011. 54 (3): p. 258-262.
• [11] B. Klein, et al., “Varshni parameters for InAs/GaSb strained layer superlattice infrared photodetectors”. Journal of Physics D - Applied Physics, 2011. 44 (7): p. 5.
• [12] T. V. C. Rao, et al., “Electrical transport in InAs/GaSb superlattice: role of surface states and interface roughness”. Semiconductor Science and Technology, 2012. 27 (10): p. 7.
• [13] P. Martyniuk, et al., “Modeling of midwavelength infrared InAs/GaSb type II superlattice detectors”. Optical Engineering, 2013. 52 (6): p. 12.
• [14] M. A. Kinch, “Metal-Insulator-Semiconductor Infrared Detectors”. Semiconductors and Semimetals, 1981. 18: p. 313-378.
• [15] Q. K. Yang, et al., “Investigation of trap-assisted tunneling current in InAs/(Galn)Sb superlattice long-wavelength photodiodes”. Applied Physics Letters, 2002. 81 (25): p. 4757-4759.
• [16] S. Suchalkin, et al., “In-plane and growth direction electron cyclotron effective mass in short period InAs/GaSb semiconductor superlattices”. Journal of Applied Physics, 2011. 110 (4).
• [17] J. P. Omaggio, et al., “Magnetooptic and Magnetotransport Study of s- Inas/Ga1-Xinxsb Superlattices”. Semiconductor Science and Technology, 1993. 8 (1): p. S112-S116.
• [18] F. Fuchs, et al., “Magneto-optics of InAs/Ga1-xlnxSb infrared superlattice diodes”. Applied Physics Letters, 1998. 73 (25): p. 3760-3762.