Investigation of noise in InGaAs/InP-based separate absorption and multiplication avalanche photodiodes

Abstract

The photocurrent-voltage characteristics and low-frequency noise spectra of separate absorption, grading, charge, and multiplication InGaAs/InP-based avalanche photodiodes with a gain-bandwidth product over 100 GHz were studied. The above-mentioned features were studied in photodiodes before ageing and after ageing at 200° С temperature and 100 (miu)A reverse current during 3800 h. It is shown that a great many of these photodiodes have very low noise level at voltages lower than the breakdown voltage and that their characteristics do not remarkably change during ageing. It is also shown that the noise investigation can help not only to detect the defects formed during fabrication and ageing for some of photodiodes, but it also gives useful information on processes which take place at different reverse voltages.

Tirtos ultrasparčiųjų (kurių stiprinimo ir juostos pločio sandauga viršija 100 GHz) InGaAs/InP griūtinių fotodiodų su atskiromis infraraudonosios spinduliuotės sugerties ir krūvininkų dauginimo sritimis fotosrovės ir triukšmų charakteristikos. Be to, šviesos sugerties ir krūvininkų dauginimo sritis skyrė dar du papildomi sluoksniai: stipriai legiruotas n(+)-InP sluoksnis, skirtas sumažinti elektrinio lauko stiprį sugerties sluoksnyje, ir gradientinis (keičiamos medžiagos elementų sudėties) sluoksnis, skirtas tolydžiai suderinti draudžiamų energijų tarpus tarp šviesos sugerties ir krūvininkų dauginimo sričių. Tyrimui buvo atrinkti fotodiodai dar nepraėję sendinimo ir po 3800 h sendinimo 200°C temperatūroje ir tekant 100 (miu)A atgalinei srovei. Nustatyta, kad nesendintų griūtinių fotodiodų triukšmo lygis, esant įvairiems apšvitos intensyvumams, kol nėra griūtinio krūvininkų dauginimo, nėra didelis: jį lemia šratinis triukšmas ir nedidelis 1/f triukšmas, esant žemiems dažniams (<1 kHz). Prasidėjus griūtiniam vyksmui, staigiai didėja šratinis triukšmas, tačiau dar labiau padidėja žemadažnis generacinis rekombinacinis triukšmas, kurį lemia krūvininkų tarpjuostinė rekombinacija sugerties srityje. Sendinant daugelio fotodiodų tiek fotojautrio, tiek triukšmų charakteristikos nepakito, tačiau kai kuriuose iš jų pastebėtas gana ryškus 1/f triukšmo padidėjimas dėl defektų susidarymo apsauginio žiedo ir sugerties srityse. Iš gautų triukšmų tyrimo rezultatų aiškiai matyti, kad fotodiodų triukšmų charakteristikose slypi ne tik fundamentiniai reiškiniai, apibūdinantys krūvininkų pernašą fotodioduose, esant įvairioms užtvarinėms įtampoms, tačiau ir defektų kitimas tiek gaminant, tiek ir sendinant fotodiodus.