Growth and characterization of InGaAs/InP p-quantum-well infrared photodetectors with extremely thin quantum wells

Abstract

High-quality InGaAs/InP quantum wells with ultra-narrow well widths (~10Å) and peak response at 4.55 µm were grown by gas source molecular beam epitaxy. These structures were characterized by cross-sectional tunneling microscopy (XSTM), double-crystal x-ray diffraction (DCXRD), and cross-sectional transmission electron microscopy (XTEM). Based on the structural parameters determined by XTEM, XSTM, and DCXRD, the field dependent photocurrent spectra were simulated using a six-band effective bond-orbital model. The theoretical calculations are in excellent agreement with experimental data. When used to fabricate p-type InGaAs/InP quantum-well infrared photodetectors (QWIPs), and combined with the high responsivity of 8.93 µm n-type InGaAs/InP QWIPs, these structures offer the possibility of dual band monolithically integrated QWIPs.

Fotoluminescência do ingaas/inp crescido pela técnica de epitaxia por feixe molecular

“…Entre o substrato e a SR1 foi crescida uma camada "buffer" de InGaAs com 0,25 µm de espessura, que tem como objetivo acomodar as camadas subseqüentes e impedir a difusão de impurezas do substrato para dentro dos poços quânticos. De acordo com a literatura (BIMBERG; SROCKA, 1993), as transições envolvendo impurezas mais comumente observadas por PL no InGaAs (além da emissão excitônica a que já nos referimos) são as emissões da banda de condução para impureza aceitadora (e-A) e a recombinação envolvendo o par doador-aceitador (D-A) (GOETZ et al, 1983;BÖHRER;KROST;KIMBERG, 1993;PEARSALL, 1983;NOUAILHAT, 1986;BHATTACHARYA;RAO;TSAI, 1983;PENG;MORKOC, 1989;SWAMINATHAN et al, 1985 As medidas de PL foram realizadas usando como fonte de excitação, a linha 5145 Å de um "laser" de Ar + com diâmetro de "spot" de 300 µm. A análise espectral da luminescência foi realizada utilizando um monocromador com distância focal de 0,50 m e a detecção foi feita por meio de um fotodiodo pin de InGaAs refrigerado termoeletricamente, utilizando o procedimento padrão de amplificação "lock-in".…”

“…Sistemas InGaAs/InP são particularmente atrativos, devido a sua aplicação em optoeletrônica e em dispositivos eletrônicos de alta velocidade (PEARSALL, 1993), sendo materiais básicos em vários dispositivos tais como: fotodetetores (SENGUPTA et al, 1997;WEISS et al, 2000), guia de ondas (WEISS et al, 2000;LEWÉN et al, 2002;DORREN et al, 2000), moduladores (WEISS et al, 2000;DORREN et al, 2000;GEDDO;BELLANI;GUIZZETTI, 1994), conversores termofotovoltáicos (TPV) (GINIGE et al, 2004), "lasers" de grande comprimento de onda (WEISS et al, 2000;BASSIGNANA;MINER;PUETZ, 1989;LOUATI et al, 1987) e "lasers" de cascata quântica (QCL) (TROCCOLI et al, 2003). Em particular, a energia de "bandgap" em torno de 0,75 eV, à temperatura ambiente, torna o InGaAs/InP estratégico em sistemas de comunicação operando entre 1,1 e 1,7 µm (CHEN; KIM, 1981), região que abrange a janela de baixa dispersão (1,3 µm) e a de mínima atenuação (1, 5 µm) das fibras ópticas (MORRAL et al, 2003).…”