bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2024-22-3-69-75bsuir-3934Research ArticleСтатьиЭксплуатационные характеристики инфракрасного фотодетектора, использующего межподзонные переходы в квантовых ямах на основе нитрида галлияPerformance Characteristics of an Infrared Photodetector Using Intersuband Junctions in Quantum Wells Based on Gallium NitrideВолчёкВ. С.VolcheckV. S.

Volcheck Vladislav Sergeevich, Junior Researcher at the Scientific Research Laboratory “Computer-Aided Design of Microand Nanoelectronic Systems” (Lab. 4.4) of R&D Department

220013, Minsk, P. Brovki St., 6

Tel.: +375 17 293-84-09

Volcheck Vladislav Sergeevich, Junior Researcher at the Scientific Research Laboratory “Computer-Aided Design of Microand Nanoelectronic Systems” (Lab. 4.4) of R&D Department

220013, Minsk, P. Brovki St., 6

Tel.: +375 17 293-84-09

vlad.volchek@bsuir.byСтемпицкийВ. Р.StempitskyV. R.

Cand. of Sci., Associate Professor, Vice-Rector for Academic Affairs, Advicer of the Lab. 4.4 of R&D Department

220013, Minsk, P. Brovki St., 6

Cand. of Sci., Associate Professor, Vice-Rector for Academic Affairs, Advicer of the Lab. 4.4 of R&D Department

220013, Minsk, P. Brovki St., 6

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and Radioelectronics2024240620242236975Copyright © Волчёк В.С., Стемпицкий В.Р., 20242024Волчёк В.С., Стемпицкий В.Р.Volcheck V.S., Stempitsky V.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/3934

Представлен метод моделирования электрических и оптических характеристик инфракрасного фотодетектора, использующего межподзонные переходы в квантовых ямах на основе гетероструктуры AlGaN/GaN. Рассчитан спектр коэффициента усиления прибора, полученный в результате численного моделирования в рамках диффузионно-дрейфовой модели и модели захвата-рассасывания носителей с игнорированием вклада радиационной эмиссии. Показано, что диапазон поглощения фотодетектора при нулевом смещении находится в пределах от 4 до 6 мкм, при этом пик поглощения наблюдается при 4,64 мкм. Произведен расчет зависимости доступного фототока от длины волны и угла падения неполяризованного монохроматического светового луча. Выполнена оценка темного тока при различных температурах.

A simulation procedure for analyzing the electrical and optical characteristics of an AlGaN/GaN intersubbandquantum well middle-wavelength infrared photodetector is presented. The photoconductive gain spectrumwas simulated by coupling the drift-diffusion and capture-escape models in the active region of the devicestructure and by ignoring the contribution of radiative emission. It was shown that the photodetector at zero biasis sensitive over a spectral range from 4 to 6 μm, with the peak absorption occurring at 4.64 μm. The dependenceof the available photocurrent on both the wavelength and the angle of incidence of an unpolarized monochromaticbeam of light was also evaluated. An assessment of the dark current characteristics was estimated at varioustemperatures.

инфракрасное излучениеквантовая ямамежподзонный переходмоделированиемодель захвата-рассасываниянитрид галлияоптическое усилениеоптоэлектроникапоглощениефотодетекторinfrared radiationquantum wellintersubband transitionsimulationcapture-escape modelgallium nitrideoptical gainoptoelectronicsabsorptionphotodetectorРабота выполнялась в рамках задания 1.4.4 Государственной программы научных исследований «Цифровые и космические технологии, безопасность человека, общества и государства».This work is supported by the grant 1.4.4 of Belarusian National Scientific Research Program “Digital and Space Technologies, Human and Public Safety and National Security”.ReferencesLi H., Yang Z. (2023) Recent Progress in Mid-Infrared Photodetection Devices Using 2D/nD ( n = 0, 1, 2, 3) Heterostructures. Materials & Design. 225. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.111446.Li H., Yang Z. (2023) Recent Progress in Mid-Infrared Photodetection Devices Using 2D/nD ( n = 0, 1, 2, 3) Heterostructures. Materials & Design. 225. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.111446.Rogalski A. (2005) HgCdTe Infrared Detector Material: History, Status and Outlook. Reports on Progress in Physics. 68, 2267–2336. DOI: https://doi.org/10.1088/0034-4885/68/10/R01.Rogalski A. (2005) HgCdTe Infrared Detector Material: History, Status and Outlook. Reports on Progress in Physics. 68, 2267–2336. DOI: https://doi.org/10.1088/0034-4885/68/10/R01.Rogalski A., Kopytko M., Hu W., Martyniuk P. (2023) Infrared HOT Photodetectors: Status and Outlook. Sensors. 23 (17). DOI: https://doi.org/10.3390/s23177564.Rogalski A., Kopytko M., Hu W., Martyniuk P. (2023) Infrared HOT Photodetectors: Status and Outlook. Sensors. 23 (17). DOI: https://doi.org/10.3390/s23177564.Levine B. F., Hasnain G., Bethea C. G., Chand N. (1989) Broadband 8–12 µm High-Sensitivity GaAs Quantum Well Infrared Photodetector. Applied Physics Letters. 54 (26), 2704–2706. DOI: https://doi.org/10.1063/1.101002.Levine B. F., Hasnain G., Bethea C. G., Chand N. (1989) Broadband 8–12 µm High-Sensitivity GaAs Quantum Well Infrared Photodetector. Applied Physics Letters. 54 (26), 2704–2706. DOI: https://doi.org/10.1063/1.101002.Bethea C. G., Levine B. F., Shen V. O., Abbott R. R., Hseih S. J. (1991) 10-µm GaAs/AlGaAs Multiquantum Well Scanned Array Infrared Imaging Camera. IEEE Transactions on Electron Devices. 38 (5), 1118–1123. DOI: https://doi.org/10.1109/16.78387.Bethea C. G., Levine B. F., Shen V. O., Abbott R. R., Hseih S. J. (1991) 10-µm GaAs/AlGaAs Multiquantum Well Scanned Array Infrared Imaging Camera. IEEE Transactions on Electron Devices. 38 (5), 1118–1123. DOI: https://doi.org/10.1109/16.78387.Patrashin M., Hosako I. (2008) Terahertz Frontside-Illuminated Quantum-Well Photodetector. Optics Letters . 33 (2), 168–170. DOI: https://doi.org/10.1364/OL.33.000168.Patrashin M., Hosako I. (2008) Terahertz Frontside-Illuminated Quantum-Well Photodetector. Optics Letters . 33 (2), 168–170. DOI: https://doi.org/10.1364/OL.33.000168.Sudradjat F. F., Zhang W., Woodward J., Durmaz H., Moustakas T. D., Paiella R. (2012) Far-Infrared Intersubband Photodetectors Based on Double-Step III-Nitride Quantum Wells. Applied Physics Letters. 100. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4729470.Sudradjat F. F., Zhang W., Woodward J., Durmaz H., Moustakas T. D., Paiella R. (2012) Far-Infrared Intersubband Photodetectors Based on Double-Step III-Nitride Quantum Wells. Applied Physics Letters. 100. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4729470.Durmaz H., Nothern D., Brummer G., Moustakas T. D., Paiella R. (2016) Terahertz Intersubband Photodetectors Based on Semi-Polar GaN/AlGaN Heterostructures. Applied Physics Letters . 108. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4950852.Durmaz H., Nothern D., Brummer G., Moustakas T. D., Paiella R. (2016) Terahertz Intersubband Photodetectors Based on Semi-Polar GaN/AlGaN Heterostructures. Applied Physics Letters . 108. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4950852.Martin G., Botchkarev A., Rockett A., Morkoc H. (1996) Valence-Band Discontinuities of Wurtzite GaN, AlN, and InN Heterojunctions Measured by X-Ray Photoemission Spectroscopy. Applied Physics Letters. 68 (18), 2541–2543. DOI: https://doi.org/10.1063/1.116177.Martin G., Botchkarev A., Rockett A., Morkoc H. (1996) Valence-Band Discontinuities of Wurtzite GaN, AlN, and InN Heterojunctions Measured by X-Ray Photoemission Spectroscopy. Applied Physics Letters. 68 (18), 2541–2543. DOI: https://doi.org/10.1063/1.116177.Barker A. S., Ilegems M. (1973) Infrared Lattice Vibrations and Free-Electron Dispersion in GaN. Physical Review B . 7 (2), 743–750. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.7.743.Barker A. S., Ilegems M. (1973) Infrared Lattice Vibrations and Free-Electron Dispersion in GaN. Physical Review B . 7 (2), 743–750. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.7.743.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.