Analysis of temperature dependence of dark current mechanisms in MWIR type-II superlattice photodiodes

We report on temperature dependence characteristics of mid wavelength InAs/GaSb type-II superlattice photodiodes in a temperature range from 120 K to 240 K. A bulk based model with an effective bandgap of superlattice material has been used in modelling of the experimental data. Temperature and bias dependent differential resistances have been analyzed in detail due to contributing mechanisms that limit the electrical performance of the diodes. C1-HH1 reduced mass was estimated from the fitting to the high reverse bias (< - 1.0 V) voltage, and given about 0.015 m0 in the whole considered temperature range. This value agree well with much more complex simulations and cyclotron resonance measurements. Obtaining so good results was possible thanks to including series resistance into calculations.

---

W pracy przedstawiono analizę charakterystyk prądowo-napięciowych oraz rezystancji dynamicznych fotodiod PIN z supersieci II typu InAs10ML/ GaSb10ML zakresu średniej podczerwieni. Rozważania teoretyczne transportu nośników przeprowadzono stosując teorię Shockley’a złącza wykonanego w materiale objętościowym. W zakresie temperatur 120 - 240 K zaobserwowano kilka mechanizmów składowych prądu ciemnego, w tym: mechanizm dyfuzyjny i generacyjno-rekombinacyjny, dwa mechanizmy tunelowania, oraz upływność powierzchniową. W obliczeniach uwzględniono również wpływ rezystancji szeregowej, który szczególnie w zakresie temperatur osiąganych przez chłodziarki termoelektryczne (T > 180 K), okazał się znaczący. Wybrane parametry dopasowujące uzyskane z analitycznych zależności na składowe prądu ciemnego (w tym masę zredukowaną przejścia C1-HH1) zostały porównane z dostępnymi literaturowymi danymi eksperymentalnymi.