Abstract

Terahertz detection using the free-carrier absorption requires a small internal work function of the order of a few millielectron volts. A threshold frequency of 3.2THz (93μm or 13meV work function) is demonstrated by using a 1×1018cm3 Si-doped GaAs emitter and an undoped Al0.04Ga0.96As barrier structure. The peak responsivity of 6.5AW, detectivity of 5.5×108 Jones, and quantum efficiency of 19% were obtained at 7.1THz under a bias field of 0.7kVcm at 6K, while the detector spectral response range spans from 3.2to30THz.

© 2007 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. C. Nuss, P. C. M. Planken, I. Brener, H. G. Roskos, M. S. C. Luo, and S. L. Chuang, Appl. Phys. B 58, 249 (1994).
    [CrossRef]
  2. D. M. Mittleman, M. Gupta, R. Neelamani, R. G. Baraniuk, J. V. Rudd, and M. Koch, Appl. Phys. B 68, 1085 (1999).
    [CrossRef]
  3. A. G. U. Perera, H. X. Yuan, S. K. Gamage, W. Z. Shen, M. H. Francombe, H. C. Liu, M. Buchanan, and W. J. Schaff, J. Appl. Phys. 81, 3316 (1997).
    [CrossRef]
  4. A. G. U. Perera, S. G. Matsik, B. Yaldiz, H. C. Liu, A. Shen, M. Gao, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 78, 2241 (2001).
    [CrossRef]
  5. S. G. Matsik, M. B. M. Rinzan, A. G. U. Perera, H. C. Liu, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 82, 139 (2003).
    [CrossRef]
  6. M. B. M. Rinzan, A. G. U. Perera, S. G. Matsik, H. C. Liu, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 86, 071112 (2005).
    [CrossRef]
  7. D. G. Esaev, M. B. M. Rinzan, S. G. Matsik, and A. G. U. Perera, J. Appl. Phys. 96, 4588 (2004).
    [CrossRef]
  8. A. G. U. Perera, H. X. Yuan, and M. H. Francombe, J. Appl. Phys. 77, 915 (1995).
    [CrossRef]
  9. A. G. U. Perera, S. G. Matsik, M. B. M. Rinzan, A. Weerasekara, M. Alevli, H. C. Liu, M. Buchanan, B. Zvonkov, and V. Gavrilenko, Infrared Phys. Technol. 44, 347 (2003).
    [CrossRef]
  10. H. Yao and A. Compaan, Appl. Phys. Lett. 57, 147 (1990).
    [CrossRef]
  11. R. Williams, in Semiconductors and Semimetals, R.K.Willardson and A.C.Beer, eds. (Academic, 1970), Vol. 6.
    [CrossRef]
  12. J. M. Mooney and J. Silverman, IEEE Trans. Electron Devices ED-32, 33 (1985).
    [CrossRef]

2005 (1)

M. B. M. Rinzan, A. G. U. Perera, S. G. Matsik, H. C. Liu, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 86, 071112 (2005).
[CrossRef]

2004 (1)

D. G. Esaev, M. B. M. Rinzan, S. G. Matsik, and A. G. U. Perera, J. Appl. Phys. 96, 4588 (2004).
[CrossRef]

2003 (2)

A. G. U. Perera, S. G. Matsik, M. B. M. Rinzan, A. Weerasekara, M. Alevli, H. C. Liu, M. Buchanan, B. Zvonkov, and V. Gavrilenko, Infrared Phys. Technol. 44, 347 (2003).
[CrossRef]

S. G. Matsik, M. B. M. Rinzan, A. G. U. Perera, H. C. Liu, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 82, 139 (2003).
[CrossRef]

2001 (1)

A. G. U. Perera, S. G. Matsik, B. Yaldiz, H. C. Liu, A. Shen, M. Gao, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 78, 2241 (2001).
[CrossRef]

1999 (1)

D. M. Mittleman, M. Gupta, R. Neelamani, R. G. Baraniuk, J. V. Rudd, and M. Koch, Appl. Phys. B 68, 1085 (1999).
[CrossRef]

1997 (1)

A. G. U. Perera, H. X. Yuan, S. K. Gamage, W. Z. Shen, M. H. Francombe, H. C. Liu, M. Buchanan, and W. J. Schaff, J. Appl. Phys. 81, 3316 (1997).
[CrossRef]

1995 (1)

A. G. U. Perera, H. X. Yuan, and M. H. Francombe, J. Appl. Phys. 77, 915 (1995).
[CrossRef]

1994 (1)

M. C. Nuss, P. C. M. Planken, I. Brener, H. G. Roskos, M. S. C. Luo, and S. L. Chuang, Appl. Phys. B 58, 249 (1994).
[CrossRef]

1990 (1)

H. Yao and A. Compaan, Appl. Phys. Lett. 57, 147 (1990).
[CrossRef]

1985 (1)

J. M. Mooney and J. Silverman, IEEE Trans. Electron Devices ED-32, 33 (1985).
[CrossRef]

Alevli, M.

A. G. U. Perera, S. G. Matsik, M. B. M. Rinzan, A. Weerasekara, M. Alevli, H. C. Liu, M. Buchanan, B. Zvonkov, and V. Gavrilenko, Infrared Phys. Technol. 44, 347 (2003).
[CrossRef]

Baraniuk, R. G.

D. M. Mittleman, M. Gupta, R. Neelamani, R. G. Baraniuk, J. V. Rudd, and M. Koch, Appl. Phys. B 68, 1085 (1999).
[CrossRef]

Brener, I.

M. C. Nuss, P. C. M. Planken, I. Brener, H. G. Roskos, M. S. C. Luo, and S. L. Chuang, Appl. Phys. B 58, 249 (1994).
[CrossRef]

Buchanan, M.

M. B. M. Rinzan, A. G. U. Perera, S. G. Matsik, H. C. Liu, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 86, 071112 (2005).
[CrossRef]

A. G. U. Perera, S. G. Matsik, M. B. M. Rinzan, A. Weerasekara, M. Alevli, H. C. Liu, M. Buchanan, B. Zvonkov, and V. Gavrilenko, Infrared Phys. Technol. 44, 347 (2003).
[CrossRef]

S. G. Matsik, M. B. M. Rinzan, A. G. U. Perera, H. C. Liu, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 82, 139 (2003).
[CrossRef]

A. G. U. Perera, S. G. Matsik, B. Yaldiz, H. C. Liu, A. Shen, M. Gao, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 78, 2241 (2001).
[CrossRef]

A. G. U. Perera, H. X. Yuan, S. K. Gamage, W. Z. Shen, M. H. Francombe, H. C. Liu, M. Buchanan, and W. J. Schaff, J. Appl. Phys. 81, 3316 (1997).
[CrossRef]

Chuang, S. L.

M. C. Nuss, P. C. M. Planken, I. Brener, H. G. Roskos, M. S. C. Luo, and S. L. Chuang, Appl. Phys. B 58, 249 (1994).
[CrossRef]

Compaan, A.

H. Yao and A. Compaan, Appl. Phys. Lett. 57, 147 (1990).
[CrossRef]

Esaev, D. G.

D. G. Esaev, M. B. M. Rinzan, S. G. Matsik, and A. G. U. Perera, J. Appl. Phys. 96, 4588 (2004).
[CrossRef]

Francombe, M. H.

A. G. U. Perera, H. X. Yuan, S. K. Gamage, W. Z. Shen, M. H. Francombe, H. C. Liu, M. Buchanan, and W. J. Schaff, J. Appl. Phys. 81, 3316 (1997).
[CrossRef]

A. G. U. Perera, H. X. Yuan, and M. H. Francombe, J. Appl. Phys. 77, 915 (1995).
[CrossRef]

Gamage, S. K.

A. G. U. Perera, H. X. Yuan, S. K. Gamage, W. Z. Shen, M. H. Francombe, H. C. Liu, M. Buchanan, and W. J. Schaff, J. Appl. Phys. 81, 3316 (1997).
[CrossRef]

Gao, M.

A. G. U. Perera, S. G. Matsik, B. Yaldiz, H. C. Liu, A. Shen, M. Gao, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 78, 2241 (2001).
[CrossRef]

Gavrilenko, V.

A. G. U. Perera, S. G. Matsik, M. B. M. Rinzan, A. Weerasekara, M. Alevli, H. C. Liu, M. Buchanan, B. Zvonkov, and V. Gavrilenko, Infrared Phys. Technol. 44, 347 (2003).
[CrossRef]

Gupta, M.

D. M. Mittleman, M. Gupta, R. Neelamani, R. G. Baraniuk, J. V. Rudd, and M. Koch, Appl. Phys. B 68, 1085 (1999).
[CrossRef]

Koch, M.

D. M. Mittleman, M. Gupta, R. Neelamani, R. G. Baraniuk, J. V. Rudd, and M. Koch, Appl. Phys. B 68, 1085 (1999).
[CrossRef]

Liu, H. C.

M. B. M. Rinzan, A. G. U. Perera, S. G. Matsik, H. C. Liu, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 86, 071112 (2005).
[CrossRef]

A. G. U. Perera, S. G. Matsik, M. B. M. Rinzan, A. Weerasekara, M. Alevli, H. C. Liu, M. Buchanan, B. Zvonkov, and V. Gavrilenko, Infrared Phys. Technol. 44, 347 (2003).
[CrossRef]

S. G. Matsik, M. B. M. Rinzan, A. G. U. Perera, H. C. Liu, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 82, 139 (2003).
[CrossRef]

A. G. U. Perera, S. G. Matsik, B. Yaldiz, H. C. Liu, A. Shen, M. Gao, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 78, 2241 (2001).
[CrossRef]

A. G. U. Perera, H. X. Yuan, S. K. Gamage, W. Z. Shen, M. H. Francombe, H. C. Liu, M. Buchanan, and W. J. Schaff, J. Appl. Phys. 81, 3316 (1997).
[CrossRef]

Luo, M. S. C.

M. C. Nuss, P. C. M. Planken, I. Brener, H. G. Roskos, M. S. C. Luo, and S. L. Chuang, Appl. Phys. B 58, 249 (1994).
[CrossRef]

Matsik, S. G.

M. B. M. Rinzan, A. G. U. Perera, S. G. Matsik, H. C. Liu, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 86, 071112 (2005).
[CrossRef]

D. G. Esaev, M. B. M. Rinzan, S. G. Matsik, and A. G. U. Perera, J. Appl. Phys. 96, 4588 (2004).
[CrossRef]

A. G. U. Perera, S. G. Matsik, M. B. M. Rinzan, A. Weerasekara, M. Alevli, H. C. Liu, M. Buchanan, B. Zvonkov, and V. Gavrilenko, Infrared Phys. Technol. 44, 347 (2003).
[CrossRef]

S. G. Matsik, M. B. M. Rinzan, A. G. U. Perera, H. C. Liu, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 82, 139 (2003).
[CrossRef]

A. G. U. Perera, S. G. Matsik, B. Yaldiz, H. C. Liu, A. Shen, M. Gao, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 78, 2241 (2001).
[CrossRef]

Mittleman, D. M.

D. M. Mittleman, M. Gupta, R. Neelamani, R. G. Baraniuk, J. V. Rudd, and M. Koch, Appl. Phys. B 68, 1085 (1999).
[CrossRef]

Mooney, J. M.

J. M. Mooney and J. Silverman, IEEE Trans. Electron Devices ED-32, 33 (1985).
[CrossRef]

Neelamani, R.

D. M. Mittleman, M. Gupta, R. Neelamani, R. G. Baraniuk, J. V. Rudd, and M. Koch, Appl. Phys. B 68, 1085 (1999).
[CrossRef]

Nuss, M. C.

M. C. Nuss, P. C. M. Planken, I. Brener, H. G. Roskos, M. S. C. Luo, and S. L. Chuang, Appl. Phys. B 58, 249 (1994).
[CrossRef]

Perera, A. G. U.

M. B. M. Rinzan, A. G. U. Perera, S. G. Matsik, H. C. Liu, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 86, 071112 (2005).
[CrossRef]

D. G. Esaev, M. B. M. Rinzan, S. G. Matsik, and A. G. U. Perera, J. Appl. Phys. 96, 4588 (2004).
[CrossRef]

S. G. Matsik, M. B. M. Rinzan, A. G. U. Perera, H. C. Liu, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 82, 139 (2003).
[CrossRef]

A. G. U. Perera, S. G. Matsik, M. B. M. Rinzan, A. Weerasekara, M. Alevli, H. C. Liu, M. Buchanan, B. Zvonkov, and V. Gavrilenko, Infrared Phys. Technol. 44, 347 (2003).
[CrossRef]

A. G. U. Perera, S. G. Matsik, B. Yaldiz, H. C. Liu, A. Shen, M. Gao, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 78, 2241 (2001).
[CrossRef]

A. G. U. Perera, H. X. Yuan, S. K. Gamage, W. Z. Shen, M. H. Francombe, H. C. Liu, M. Buchanan, and W. J. Schaff, J. Appl. Phys. 81, 3316 (1997).
[CrossRef]

A. G. U. Perera, H. X. Yuan, and M. H. Francombe, J. Appl. Phys. 77, 915 (1995).
[CrossRef]

Planken, P. C. M.

M. C. Nuss, P. C. M. Planken, I. Brener, H. G. Roskos, M. S. C. Luo, and S. L. Chuang, Appl. Phys. B 58, 249 (1994).
[CrossRef]

Rinzan, M. B. M.

M. B. M. Rinzan, A. G. U. Perera, S. G. Matsik, H. C. Liu, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 86, 071112 (2005).
[CrossRef]

D. G. Esaev, M. B. M. Rinzan, S. G. Matsik, and A. G. U. Perera, J. Appl. Phys. 96, 4588 (2004).
[CrossRef]

A. G. U. Perera, S. G. Matsik, M. B. M. Rinzan, A. Weerasekara, M. Alevli, H. C. Liu, M. Buchanan, B. Zvonkov, and V. Gavrilenko, Infrared Phys. Technol. 44, 347 (2003).
[CrossRef]

S. G. Matsik, M. B. M. Rinzan, A. G. U. Perera, H. C. Liu, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 82, 139 (2003).
[CrossRef]

Roskos, H. G.

M. C. Nuss, P. C. M. Planken, I. Brener, H. G. Roskos, M. S. C. Luo, and S. L. Chuang, Appl. Phys. B 58, 249 (1994).
[CrossRef]

Rudd, J. V.

D. M. Mittleman, M. Gupta, R. Neelamani, R. G. Baraniuk, J. V. Rudd, and M. Koch, Appl. Phys. B 68, 1085 (1999).
[CrossRef]

Schaff, W. J.

A. G. U. Perera, H. X. Yuan, S. K. Gamage, W. Z. Shen, M. H. Francombe, H. C. Liu, M. Buchanan, and W. J. Schaff, J. Appl. Phys. 81, 3316 (1997).
[CrossRef]

Shen, A.

A. G. U. Perera, S. G. Matsik, B. Yaldiz, H. C. Liu, A. Shen, M. Gao, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 78, 2241 (2001).
[CrossRef]

Shen, W. Z.

A. G. U. Perera, H. X. Yuan, S. K. Gamage, W. Z. Shen, M. H. Francombe, H. C. Liu, M. Buchanan, and W. J. Schaff, J. Appl. Phys. 81, 3316 (1997).
[CrossRef]

Silverman, J.

J. M. Mooney and J. Silverman, IEEE Trans. Electron Devices ED-32, 33 (1985).
[CrossRef]

Wasilewski, Z. R.

M. B. M. Rinzan, A. G. U. Perera, S. G. Matsik, H. C. Liu, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 86, 071112 (2005).
[CrossRef]

S. G. Matsik, M. B. M. Rinzan, A. G. U. Perera, H. C. Liu, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 82, 139 (2003).
[CrossRef]

A. G. U. Perera, S. G. Matsik, B. Yaldiz, H. C. Liu, A. Shen, M. Gao, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 78, 2241 (2001).
[CrossRef]

Weerasekara, A.

A. G. U. Perera, S. G. Matsik, M. B. M. Rinzan, A. Weerasekara, M. Alevli, H. C. Liu, M. Buchanan, B. Zvonkov, and V. Gavrilenko, Infrared Phys. Technol. 44, 347 (2003).
[CrossRef]

Williams, R.

R. Williams, in Semiconductors and Semimetals, R.K.Willardson and A.C.Beer, eds. (Academic, 1970), Vol. 6.
[CrossRef]

Yaldiz, B.

A. G. U. Perera, S. G. Matsik, B. Yaldiz, H. C. Liu, A. Shen, M. Gao, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 78, 2241 (2001).
[CrossRef]

Yao, H.

H. Yao and A. Compaan, Appl. Phys. Lett. 57, 147 (1990).
[CrossRef]

Yuan, H. X.

A. G. U. Perera, H. X. Yuan, S. K. Gamage, W. Z. Shen, M. H. Francombe, H. C. Liu, M. Buchanan, and W. J. Schaff, J. Appl. Phys. 81, 3316 (1997).
[CrossRef]

A. G. U. Perera, H. X. Yuan, and M. H. Francombe, J. Appl. Phys. 77, 915 (1995).
[CrossRef]

Zvonkov, B.

A. G. U. Perera, S. G. Matsik, M. B. M. Rinzan, A. Weerasekara, M. Alevli, H. C. Liu, M. Buchanan, B. Zvonkov, and V. Gavrilenko, Infrared Phys. Technol. 44, 347 (2003).
[CrossRef]

Appl. Phys. B (2)

M. C. Nuss, P. C. M. Planken, I. Brener, H. G. Roskos, M. S. C. Luo, and S. L. Chuang, Appl. Phys. B 58, 249 (1994).
[CrossRef]

D. M. Mittleman, M. Gupta, R. Neelamani, R. G. Baraniuk, J. V. Rudd, and M. Koch, Appl. Phys. B 68, 1085 (1999).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (4)

H. Yao and A. Compaan, Appl. Phys. Lett. 57, 147 (1990).
[CrossRef]

A. G. U. Perera, S. G. Matsik, B. Yaldiz, H. C. Liu, A. Shen, M. Gao, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 78, 2241 (2001).
[CrossRef]

S. G. Matsik, M. B. M. Rinzan, A. G. U. Perera, H. C. Liu, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 82, 139 (2003).
[CrossRef]

M. B. M. Rinzan, A. G. U. Perera, S. G. Matsik, H. C. Liu, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 86, 071112 (2005).
[CrossRef]

IEEE Trans. Electron Devices (1)

J. M. Mooney and J. Silverman, IEEE Trans. Electron Devices ED-32, 33 (1985).
[CrossRef]

Infrared Phys. Technol. (1)

A. G. U. Perera, S. G. Matsik, M. B. M. Rinzan, A. Weerasekara, M. Alevli, H. C. Liu, M. Buchanan, B. Zvonkov, and V. Gavrilenko, Infrared Phys. Technol. 44, 347 (2003).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (3)

D. G. Esaev, M. B. M. Rinzan, S. G. Matsik, and A. G. U. Perera, J. Appl. Phys. 96, 4588 (2004).
[CrossRef]

A. G. U. Perera, H. X. Yuan, and M. H. Francombe, J. Appl. Phys. 77, 915 (1995).
[CrossRef]

A. G. U. Perera, H. X. Yuan, S. K. Gamage, W. Z. Shen, M. H. Francombe, H. C. Liu, M. Buchanan, and W. J. Schaff, J. Appl. Phys. 81, 3316 (1997).
[CrossRef]

Other (1)

R. Williams, in Semiconductors and Semimetals, R.K.Willardson and A.C.Beer, eds. (Academic, 1970), Vol. 6.
[CrossRef]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (2)

Fig. 1
Fig. 1

(a) Responsivity variation for 0.7 and 1.5 kV cm is shown. The highest R peak is 6.5 A W at 0.7 kV cm at 6 K . The f 0 is 3.2 THz . The f 0 that is 3.2 THz was determined by the instrument noise level. The inset shows the device structure. Top and bottom contacts are 100 and 700 nm thick n-doped GaAs, respectively. The barrier is 1 μ m thick undoped Ga As Al 0.04 Ga 0.96 As . (b) Variation of R peak s at 7.1 and 10.4 THz under different bias fields. (c) R peak variation with a temperature at the bias field of 0.7 kV cm , and responsivity vanishes after 25 K .

Fig. 2
Fig. 2

Experimental and model responsivities for forward bias. In the high-frequency region ( > 8 THz ) , the experimental responsivity is less than the calculated responsivity. This may be due to phonon emission by high-energy photocarriers and energy-dependent scattering lengths.

Tables (1)

Tables Icon

Table 1 R peak , η peak , and D peak * at Different Bias Fields for the n-Type Ga As Al 0.04 Ga 0.96 As Single Barrier Detector a

Metrics