Design and Simulation of Avalanche Photodetectors Based on InAs/GaSb Superlattices

超晶格 光电子学 光电探测器 碲化镉汞 暗电流 材料科学 探测器 锑化镓 量子效率 量子隧道 撞击电离 红外探测器 雪崩光电二极管 红外线的 兴奋剂 噪音(视频) 砷化铟 噪声等效功率 光学 粒子探测器 肖特基二极管 碲化铅 物理 辐射 远红外 光电效应 载流子 雪崩击穿 量子阱 砷化镓 肖特基势垒 电子迁移率 级联 载流子寿命 晶体管
作者
Bilal Benia,D. Benyahia
标识
DOI:10.1109/icaeccs68240.2025.11384787
摘要

This paper demonstrates the design, modeling, and simulation of an optimized avalanche photodetectors (APDs) based on InAs/GaSb superlattice structures for midwave infrared (MWIR) applications. The proposed detector architecture incorporates spatially separated regions for absorption, grading, charge control, and carrier multiplication (SAGCM configuration), leveraging the broken-gap band structure of InAs/GaSb superlattices yielding superior quantum efficiency and reduced dark current relative to traditional mercury cadmium telluride (MCT) devices. Besides, we demonstrate multiplication gains greater than 100 with a noise equivalent power (NEP) below $10^{-15} ~\mathrm{W} / \sqrt{ } \text{Hz}$ at 77 K by a thorough device simulation. High impact ionization efficiency and low tunneling currents are obtained by optimizing the superlattice structure with specific layer thicknesses and doping profiles. According to the results, InAs/GaSb superlattice APDs could be an excellent choice for next-generation infrared detection systems and offer promising alternatives to conventional MCT detectors with improved manufacturability and radiation hardness compared to present technologies.
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