nBn Based InAs/GaSb Type II Superlattice Detectors with an N-type Barrier Doping for the Long Wave Infrared Detection

Long-wave infrared detectors using the type-II InAs/GaSb strained superlattice (T2SL) material system with the nBn structure were designed and fabricated. The band gap energy of the T2SL material was calculated as a function of the thickness of the InAs and GaSb layers by the Kronig-Penney model. Growth of the barrier material ($Al_{0.2}Ga_{0.8}Sb$) incorporated Te doping to reduce the dark current. The full width at half maximum (FWHM) of the $1^{st}$ satellite superlattice peak from the X-ray diffraction was around 45 arcsec. The cutoff wavelength of the fabricated device was ${\sim}10.2{\mu}m$ (0.12 eV) at 80 K while under an applied bias of -1.4 V. The measured activation energy of the device was ~0.128 eV. The dark current density was shown to be $1.0{\times}10^{-2}A/cm^2$ at 80 K and with a bias -1.5 V. The responsivity was 0.58 A/W at $7.5{\mu}m$ at 80 K and with a bias of -1.5 V.

InAs/GaSb 제2형 응력 초격자 nBn 장적외선 검출소자 설계, 제작 및 특성평가

InAs/GaSb 제2형 응력 초격자(strained layer type II superlattice, T2SL)을 이용한 nBn 구조 장적외선 검출소자의 설계 및 제작을 하였다. InAs와 GaSb 두께에 따른 T2SL 구조의 장적외선 밴드갭 에너지를 Kronig-Penney 모델을 이용하여 계산하였다. 소자의 암전류 밀도를 줄이기 위해서, nBn 구조에서 장벽층인 $Al_{0.2}Ga_{0.8}Sb$ 성장 중에 Te 보상도핑(compansated doping)을 하였다. 온도(T) 80 K 및 인가전압($V_b$) -1.5 V에서, 반응스펙트럼 측정을 통한 소자의 차단파장은 ${\sim}10.2{\mu}m$ (~0.122 eV)로 나타났다. 또한 온도 변화에 따른 암전류 측정으로부터 도출된 활성화 에너지는 0.128 eV로 계산 되었다. T=80 K 및 $V_b$=-1.5 V에서 암전류는 $1.0{\times}10^{-2}A/cm^2$으로 측정되었다. 흑체복사 적외선 광원을 이용한 반응도(Responsivity)는 소자 온도 80 K 및 인가전압 -1.5 V의 조건에서 0.58 A/W로 측정되었다.