低过剩噪声Al0.8In0.2As0.31Sb0.69雪崩光电二极管，晶格与InAs匹配

《IEEE Transactions on Electron Devices》：Low Excess Noise Al0.8In0.2As0.31Sb0.69 Avalanche Photodiodes Lattice Matched to InAs

中红外探测器低噪声倍增区材料研究，Al0.8In0.2As0.31Sb0.69表现出优异电子注入特性，其p-i-n二极管在增益100时过剩噪声因子仅4，而n-i-p二极管空穴注入时噪声因子超17，证实电子主导的倍增机制是降低噪声的关键，为甲烷传感和雾中成像提供新方案

　　

摘要：

砷化铟（InAs）是一种优异的材料，能够吸收波长高达3500纳米的红外光子，因此非常适合用于中红外探测。然而，高性能的分离吸收和倍增雪崩光电二极管（SAM APDs）的发展一直受到缺乏与InAs吸收层兼容的低噪声雪崩材料的限制。在这项研究中，我们探讨了铝（Al）、铟（In）和锑（Sb）（其晶格与InAs匹配）作为低噪声雪崩材料的潜力。我们使用三种光学信号波长对大量p-i-n和n-i-p二极管进行了全面的过量噪声测量。在纯电子注入的情况下，Al-In-Sb p-i-n二极管在高增益（100）下表现出非常低的过量噪声因子（约为4），对应的有效雪崩系数为0.030.03。相比之下，当使用空穴注入时，n-i-p二极管的增益较低（3），其过量噪声因子非常高（超过17）。这种对比行为表明，在Al-In-Sb体系中，电子的电离系数远大于空穴的电离系数。因此，低噪声的Al-In-Sb雪崩区域成为用于中红外应用（如甲烷气体检测和雾中成像）的SAM-APDs的理想候选材料。设计此类SAM-APDs时应确保将电子而非空穴注入到雪崩区域，以实现尽可能低的过量噪声因子。