Лавинные фотодиоды на гетероструктурах InAlAs/InGaAs с сульфидно- полиамидной пассивацией меза-структуры

Малеев Н.А., Кузьменков А.Г., Кулагина М.М., Гусева Ю.А., Васильев А.П., Блохин С.А., Бобров М.А., Трошков С.И., Андрюшкин В.В., Колодезный Е.С., Бугров В.Е., Устинов В.М.

Полный текст «Оптического журнала»

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Малеев Н.А., Кузьменков А.Г., Кулагина М.М., Гусева Ю.А., Васильев А.П., Блохин С.А., Бобров М.А., Трошков С.И., Андрюшкин В.В., Колодезный Е.С., Бугров В.Е., Устинов В.М. Лавинные фотодиоды на гетероструктурах InAlAs/InGaAs с сульфидно-полиамидной пассивацией меза-структуры // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 11. С. 54–60. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-11-54-60

Maleev N.A., Kuzmenkov A.G., Kulagina M.M., Guseva Yu.A., Vasiljev A.P., Blokhin S.A., Bobrov M.A., Troshkov S.I., Andryushkin V.V., Kolodeznyi E.S., Bougrov V.E., Ustinov V.M. Avalanche photodiodes based on InAlAs/InGaAs heterostructures with sulfide–polyamide passivation of mesa structures [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2022. V. 89. № 11. P. 54–60. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-11-54-60

Ссылка на англоязычную версию:

N. A. Maleev, A. G. Kuzmenkov, M. M. Kulagina, Yu. A. Guseva, A. P. Vasil’ev, S. A. Blokhin, M. A. Bobrov, S. I. Troshkov, V. V. Andryushkin, E. S. Kolodeznyi, V. E. Bougrov, and V. M. Ustinov, "Avalanche photodiodes based on InAlAs/InGaAs heterostructures with sulfide–polyamide passivation of mesa structures," Journal of Optical Technology. 89(11), 677-680 (2022). https://doi.org/10.1364/JOT.89.000677

Аннотация:

Предмет исследования. Метод сульфидно-полиамидной пассивации поверхности меза-структуры InAlAs/InGaAs лавинных фотодиодов и исследования статических характеристик созданных кристаллов InAlAs/InGaAs лавинных фотодиодов. Цель работы. Исследование влияния сульфидно-полиамидной пассивации поверхности меза-структуры на основные характеристики лавинного фотодиода. Метод. Сульфидно-полиамидная пассивация поверхности меза-структуры представляет собой обработку поверхности в водном растворе сульфида аммония с последующей защитой слоем полиамида АД-9103-30. Основные результаты. Созданы и исследованы лавинные фотодиоды на основе гетероструктур InAlAs/InGaAs. Поверхность меза-структуры лавинных фотодиодов была подвергнута сульфидно-полиамидной пассивации. Кристаллы лавинных фотодиодов с диаметром активной области 32 мкм воспроизводимо обеспечивали уровни темнового тока 10–20 нА при приложенном напряжении 0,9 от напряжения пробоя, однородное распределение значения пробивного напряжения по площади образца и долговременную стабильность характеристик. Спектральная чувствительность приборов в области 1550 нм составляет 0,85–0,88 А/Вт, а емкость — 0,11–0,12 пФ. Важным требованием к технологии пассивации является обеспечение воспроизводимости и долговременной стабильности характеристик. Измерения характеристик кристаллов лавинных фотодиодов с сульфидно-полиамидной пассивацией,выполненные с интервалом в шесть месяцев, подтверждают временнýю стабильность темнового тока на уровне 5%. Практическая значимость. Предложенный в работе вариант пассивации поверхности меза-структуры InAlAs/InGaAs лавинных фотодиодов с использованием обработки в водном растворе сульфида аммония и последующей защиты слоем полиамида АД-9103-30 может быть использован для создания лавинных фотодиодов с воспроизводимым низким уровнем темновых токов.

Ключевые слова:

гетероструктура, лавинный фотодиод, пассивация, меза-структура

Благодарность:

Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, проект тематики научных исследований № 2019-1442.

Коды OCIS: 250.1345, 130.5990

Список источников:

1. Goh Y.L., Marshal A.R.J., Massey D.J., et al. Excess avalanche noise in In0.52Al0.48As // IEEE J. Quantum Electron. 2007. V. 43. № 5–6. P. 503–507. DOI: 10.1109/JQE.2007.897900
2. Tan L.J.J., Ong D.S.G., Ng J.S., et al. Temperature dependence of avalanche breakdown in InP and InAlAs // IEEE J. Quantum Electron. 2010. V. 46. № 8. P. 1153–1157. DOI: 10.1109/JQE.2010.2044370
3. Abdulwahid O.S., Sexton J., Kostakis I., et al. Physical modelling and experimental characterisation of InAlAs/InGaAs avalanche photodiode for 10 Gb/s data rates and higher // IET Optoelectronics. 2018. V. 12. № 1. P. 5–10. DOI: 10.1049/iet-opt.2017.0068
4. Huang J.J.S., Chang H.S., Jan Y.H., et al. Highly reliable, cost-effective and temperature-stable topilluminated avalanche photodiode (APD) for 100G inter-datacenter ER4-lite applications // Photoptics. 2018. P. 119–124. DOI: 10.5220/0006510601190124
5. Ma Y., Zhang Y., Gu Y., et al. Impact of etching on the surface leakage generation in mesa-type InGaAs/InAlAs avalanche photodetectors // Opt. Exp. 2016. V. 24. № 7. P. 7823–7834. DOI: 10.1364/OE.24.007823
6. Zhou Y., Ji X., Shi M., et al. Impact of SiNx passivation on the surface properties of InGaAs photo-detectors // J. Appl. Phys. 2015. V. 118. № 3. P. 034507. DOI: 10.1063/1.4926736
7. Liu J.J., Ho W.J., Chen J.Y., et al. The fabrication and characterization of InAlAs/InGaAs APDs based on a mesa-structure with polyimide passivation // Sensors. 2019. V. 19. № 15. P. 3399. DOI: 10.3390/s19153399
8. Yuan Y., Li Y., Abell J., et al. Triple-mesa avalanche photodiodes with very low surface dark current // Opt. Exp. 2019. V. 27. № 16. P. 22923–22929. DOI: 10.1364/OE.27.022923
9. Li B., Lv Q.Q., Cui R., et al. A low dark current mesa-type InGaAs/InAlAs avalanche photodiode // IEEE Photonics Technol. Lett. 2014. V. 27. № 1. P. 34–37. DOI: 10.1109/LPT.2014.2361202

10. Ravi M.R., DasGupta A., DasGupta N. Silicon nitride and polyimide capping layers on InGaAs/InP PIN photodetector after sulfur treatment // J. Crystal Growth. 2004. V. 268. № 3–4. P. 359–363. DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2004.04.054
11. Sheela D., DasGupta N. Optimization of surface passivation for InGaAs/InP PIN photodetectors using ammonium sulfide // Semiconductor Sci. and Technol. 2008. V. 23. № 3. P. 035018. DOI: 10.1088/0268-1242/23/3/035018
12. Chen J., Zhang Z., Zhu M., et al. Optimization of InGaAs/InAlAs avalanche photodiodes // Nanoscale Research Lett. 2017. V. 12. № 1. P. 1–6. DOI: 10.1186/s11671-016-1815-9
13. Chen L., Haifeng Y., Yanli S. Advances in near-infrared avalanche diode single-photon detectors // Chip. 2022. P. 100005. DOI: 10.1016/j.chip.2022.100005
14. Liu Y., Forrest S.R., Hladky J., et al. A planar InP/InGaAs avalanche photodiode with floating guard ring and double diffused junction // J. Lightwave Technol. 1992. V. 10. № 2. P. 182–193. DOI: 10.1109/50.120573
15. Малеев Н.А., Кузьменков А.Г., Кулагина М.М. и др. Грибовидная меза-структура для лавинных фотодиодов на гетероструктурах InAlAs/InGaAs // Письма в ЖТФ. 2021. Т. 47. № 21. С. 36–38. DOI:10.21883/PJTF.2021.21.51627.18939
16. Zheng X.G., Hsu J.S., Hurst J.B., et al. Long-wavelength In0.53/Ga0.47/As-In0.52/Al0.48/As large-area avalanche photodiodes and arrays // IEEE J. Quantum Electron. 2004. V. 40. № 8. P. 1068–1073. DOI:10.1109/JQE.2004.831637
17. Meng X., Xie S., Zhou X., et al. InGaAs/InAlAs single photon avalanche diode for 1550 nm photons // Royal Society Open Science. 2016. V. 3. № 3. P. 150584. DOI: 10.1098/rsos.150584