光子トラッピングによって増強された中赤外用アバランシェフォトダイオード

中赤外フォトニクスの急速な発展によって、このスペクトル領域で動作する高性能光検出器の需要が増している。しかし、中赤外検出の主要な性能指数とされている信号対雑音比は、狭バンドギャップ材料の大きな暗電流によって大幅に制限されている。したがって、HgCdTeなどの従来型中赤外光検出器には、過度に大きな暗電流を避けるために極低温が必要である。我々は、この課題に対処するために、光子トラッピング構造を用いて量子効率を高め、吸収体の厚さを最小限にして暗電流を抑制したアバランシェフォトダイオードの設計について報告する。このデバイスは、高い量子効率を示すとともに、暗電流密度が、最先端のHgCdTeアバランシェフォトダイオードより約3桁低く、過去に報告された2 μm で動作するAlInAsSbアバランシェフォトダイオードよりも約2桁低い。さらに、今回のアバランシェフォトダイオードの帯域幅は約7 GHzに達しており、利得帯域幅積は200 GHzを超えている。これらの値はいずれも、過去に報告された2 μmアバランシェフォトダイオードの4倍以上である。