Abstract

A GaAs/AlGaAs detector is demonstrated showing multiple detection capabilities. This detector exhibits a broad spectral response in the 200–870 nm (ultraviolet–visible) range for forward bias and in the 590–870 nm (visible) range for reverse bias. In the mid-IR region, two peaks at 5 and 8.9μm can be observed for low and high forward bias voltages, respectively. In addition, the peak at 8.9μm is sensitive to the polarization of the incoming radiation.

© 2009 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. H. C. Liu and F. Capasso, Intersubband Transition in Quantum Wells: Physics and Device Applications I (Semiconductors and Semimetals) (Academic, 2000), Vol. 62.
    [PubMed]
  2. M. P. Touse, G. Karunasiri, K. R. Lantz, H. Li, and T. Mei, Appl. Phys. Lett. 86, 093501 (2005).
    [CrossRef]
  3. C. J. Chen, K. K. Choi, W. H. Chang, and D. C. Tsui, Appl. Phys. Lett. 72, 7 (1998).
    [CrossRef]
  4. S. D. Gunapala, S. V. Bandara, J. K. Liu, J. M. Mumolo, C. J. Hill, S. B. Rafol, D. Salazar, J. Woolaway, P. D. LeVan, and M. Z. Tidrow, Infrared Phys. Technol. 50, 217 (2007).
    [CrossRef]
  5. H. C. Liu, C. Y. Song, A. Shen, M. Gao, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 77, 2437 (2000).
    [CrossRef]
  6. S. Krishna, S. Raghavan, G. von Winckel, A. Stintz, G. Ariyawansa, S. G. Matsik, and A. G. U. Perera, Appl. Phys. Lett. 83, 2745 (2003).
    [CrossRef]
  7. S. Chakrabarti, X. H. Su, P. Bhattacharya, G. Ariyawansa, and A. G. U. Perera, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 178 (2005).
    [CrossRef]
  8. R. C. Jayasinghe, G. Ariyawansa, N. Dietz, A. G. U. Perera, S. G. Matsik, H. B. Yu, I. T. Ferguson, A. Bezinger, S. R. Laframboise, M. Buchanan, and H. C. Liu, Opt. Lett. 33, 2422 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. J. S. Tyo, D. L. Goldstein, D. B. Chenault, and J. A. Shaw, Appl. Opt. 45, 5453 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. S. Adachi, Phys. Rev. B 35, 7454 (1987).
    [CrossRef]
  11. M. A. Khan, J. N. Kuznia, D. T. Olson, J. M. Van Hove, M. Blasingame, and L. F. Reitz, Appl. Phys. Lett. 60, 2917 (1992).
    [CrossRef]
  12. H. C. Liu, J. Li, J. R. Thompson, Z. R. Wasilewski, M. Buchanan, and J. G. Simmons, IEEE Electron Device Lett. 14, 566 (1993).
    [CrossRef]

2008 (1)

2007 (1)

S. D. Gunapala, S. V. Bandara, J. K. Liu, J. M. Mumolo, C. J. Hill, S. B. Rafol, D. Salazar, J. Woolaway, P. D. LeVan, and M. Z. Tidrow, Infrared Phys. Technol. 50, 217 (2007).
[CrossRef]

2006 (1)

2005 (2)

S. Chakrabarti, X. H. Su, P. Bhattacharya, G. Ariyawansa, and A. G. U. Perera, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 178 (2005).
[CrossRef]

M. P. Touse, G. Karunasiri, K. R. Lantz, H. Li, and T. Mei, Appl. Phys. Lett. 86, 093501 (2005).
[CrossRef]

2003 (1)

S. Krishna, S. Raghavan, G. von Winckel, A. Stintz, G. Ariyawansa, S. G. Matsik, and A. G. U. Perera, Appl. Phys. Lett. 83, 2745 (2003).
[CrossRef]

2000 (1)

H. C. Liu, C. Y. Song, A. Shen, M. Gao, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 77, 2437 (2000).
[CrossRef]

1998 (1)

C. J. Chen, K. K. Choi, W. H. Chang, and D. C. Tsui, Appl. Phys. Lett. 72, 7 (1998).
[CrossRef]

1993 (1)

H. C. Liu, J. Li, J. R. Thompson, Z. R. Wasilewski, M. Buchanan, and J. G. Simmons, IEEE Electron Device Lett. 14, 566 (1993).
[CrossRef]

1992 (1)

M. A. Khan, J. N. Kuznia, D. T. Olson, J. M. Van Hove, M. Blasingame, and L. F. Reitz, Appl. Phys. Lett. 60, 2917 (1992).
[CrossRef]

1987 (1)

S. Adachi, Phys. Rev. B 35, 7454 (1987).
[CrossRef]

Adachi, S.

S. Adachi, Phys. Rev. B 35, 7454 (1987).
[CrossRef]

Ariyawansa, G.

R. C. Jayasinghe, G. Ariyawansa, N. Dietz, A. G. U. Perera, S. G. Matsik, H. B. Yu, I. T. Ferguson, A. Bezinger, S. R. Laframboise, M. Buchanan, and H. C. Liu, Opt. Lett. 33, 2422 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

S. Chakrabarti, X. H. Su, P. Bhattacharya, G. Ariyawansa, and A. G. U. Perera, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 178 (2005).
[CrossRef]

S. Krishna, S. Raghavan, G. von Winckel, A. Stintz, G. Ariyawansa, S. G. Matsik, and A. G. U. Perera, Appl. Phys. Lett. 83, 2745 (2003).
[CrossRef]

Bandara, S. V.

S. D. Gunapala, S. V. Bandara, J. K. Liu, J. M. Mumolo, C. J. Hill, S. B. Rafol, D. Salazar, J. Woolaway, P. D. LeVan, and M. Z. Tidrow, Infrared Phys. Technol. 50, 217 (2007).
[CrossRef]

Bezinger, A.

Bhattacharya, P.

S. Chakrabarti, X. H. Su, P. Bhattacharya, G. Ariyawansa, and A. G. U. Perera, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 178 (2005).
[CrossRef]

Blasingame, M.

M. A. Khan, J. N. Kuznia, D. T. Olson, J. M. Van Hove, M. Blasingame, and L. F. Reitz, Appl. Phys. Lett. 60, 2917 (1992).
[CrossRef]

Buchanan, M.

R. C. Jayasinghe, G. Ariyawansa, N. Dietz, A. G. U. Perera, S. G. Matsik, H. B. Yu, I. T. Ferguson, A. Bezinger, S. R. Laframboise, M. Buchanan, and H. C. Liu, Opt. Lett. 33, 2422 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

H. C. Liu, C. Y. Song, A. Shen, M. Gao, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 77, 2437 (2000).
[CrossRef]

H. C. Liu, J. Li, J. R. Thompson, Z. R. Wasilewski, M. Buchanan, and J. G. Simmons, IEEE Electron Device Lett. 14, 566 (1993).
[CrossRef]

Capasso, F.

H. C. Liu and F. Capasso, Intersubband Transition in Quantum Wells: Physics and Device Applications I (Semiconductors and Semimetals) (Academic, 2000), Vol. 62.
[PubMed]

Chakrabarti, S.

S. Chakrabarti, X. H. Su, P. Bhattacharya, G. Ariyawansa, and A. G. U. Perera, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 178 (2005).
[CrossRef]

Chang, W. H.

C. J. Chen, K. K. Choi, W. H. Chang, and D. C. Tsui, Appl. Phys. Lett. 72, 7 (1998).
[CrossRef]

Chen, C. J.

C. J. Chen, K. K. Choi, W. H. Chang, and D. C. Tsui, Appl. Phys. Lett. 72, 7 (1998).
[CrossRef]

Chenault, D. B.

Choi, K. K.

C. J. Chen, K. K. Choi, W. H. Chang, and D. C. Tsui, Appl. Phys. Lett. 72, 7 (1998).
[CrossRef]

Dietz, N.

Ferguson, I. T.

Gao, M.

H. C. Liu, C. Y. Song, A. Shen, M. Gao, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 77, 2437 (2000).
[CrossRef]

Goldstein, D. L.

Gunapala, S. D.

S. D. Gunapala, S. V. Bandara, J. K. Liu, J. M. Mumolo, C. J. Hill, S. B. Rafol, D. Salazar, J. Woolaway, P. D. LeVan, and M. Z. Tidrow, Infrared Phys. Technol. 50, 217 (2007).
[CrossRef]

Hill, C. J.

S. D. Gunapala, S. V. Bandara, J. K. Liu, J. M. Mumolo, C. J. Hill, S. B. Rafol, D. Salazar, J. Woolaway, P. D. LeVan, and M. Z. Tidrow, Infrared Phys. Technol. 50, 217 (2007).
[CrossRef]

Jayasinghe, R. C.

Karunasiri, G.

M. P. Touse, G. Karunasiri, K. R. Lantz, H. Li, and T. Mei, Appl. Phys. Lett. 86, 093501 (2005).
[CrossRef]

Khan, M. A.

M. A. Khan, J. N. Kuznia, D. T. Olson, J. M. Van Hove, M. Blasingame, and L. F. Reitz, Appl. Phys. Lett. 60, 2917 (1992).
[CrossRef]

Krishna, S.

S. Krishna, S. Raghavan, G. von Winckel, A. Stintz, G. Ariyawansa, S. G. Matsik, and A. G. U. Perera, Appl. Phys. Lett. 83, 2745 (2003).
[CrossRef]

Kuznia, J. N.

M. A. Khan, J. N. Kuznia, D. T. Olson, J. M. Van Hove, M. Blasingame, and L. F. Reitz, Appl. Phys. Lett. 60, 2917 (1992).
[CrossRef]

Laframboise, S. R.

Lantz, K. R.

M. P. Touse, G. Karunasiri, K. R. Lantz, H. Li, and T. Mei, Appl. Phys. Lett. 86, 093501 (2005).
[CrossRef]

LeVan, P. D.

S. D. Gunapala, S. V. Bandara, J. K. Liu, J. M. Mumolo, C. J. Hill, S. B. Rafol, D. Salazar, J. Woolaway, P. D. LeVan, and M. Z. Tidrow, Infrared Phys. Technol. 50, 217 (2007).
[CrossRef]

Li, H.

M. P. Touse, G. Karunasiri, K. R. Lantz, H. Li, and T. Mei, Appl. Phys. Lett. 86, 093501 (2005).
[CrossRef]

Li, J.

H. C. Liu, J. Li, J. R. Thompson, Z. R. Wasilewski, M. Buchanan, and J. G. Simmons, IEEE Electron Device Lett. 14, 566 (1993).
[CrossRef]

Liu, H. C.

R. C. Jayasinghe, G. Ariyawansa, N. Dietz, A. G. U. Perera, S. G. Matsik, H. B. Yu, I. T. Ferguson, A. Bezinger, S. R. Laframboise, M. Buchanan, and H. C. Liu, Opt. Lett. 33, 2422 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

H. C. Liu, C. Y. Song, A. Shen, M. Gao, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 77, 2437 (2000).
[CrossRef]

H. C. Liu, J. Li, J. R. Thompson, Z. R. Wasilewski, M. Buchanan, and J. G. Simmons, IEEE Electron Device Lett. 14, 566 (1993).
[CrossRef]

H. C. Liu and F. Capasso, Intersubband Transition in Quantum Wells: Physics and Device Applications I (Semiconductors and Semimetals) (Academic, 2000), Vol. 62.
[PubMed]

Liu, J. K.

S. D. Gunapala, S. V. Bandara, J. K. Liu, J. M. Mumolo, C. J. Hill, S. B. Rafol, D. Salazar, J. Woolaway, P. D. LeVan, and M. Z. Tidrow, Infrared Phys. Technol. 50, 217 (2007).
[CrossRef]

Matsik, S. G.

Mei, T.

M. P. Touse, G. Karunasiri, K. R. Lantz, H. Li, and T. Mei, Appl. Phys. Lett. 86, 093501 (2005).
[CrossRef]

Mumolo, J. M.

S. D. Gunapala, S. V. Bandara, J. K. Liu, J. M. Mumolo, C. J. Hill, S. B. Rafol, D. Salazar, J. Woolaway, P. D. LeVan, and M. Z. Tidrow, Infrared Phys. Technol. 50, 217 (2007).
[CrossRef]

Olson, D. T.

M. A. Khan, J. N. Kuznia, D. T. Olson, J. M. Van Hove, M. Blasingame, and L. F. Reitz, Appl. Phys. Lett. 60, 2917 (1992).
[CrossRef]

Perera, A. G. U.

R. C. Jayasinghe, G. Ariyawansa, N. Dietz, A. G. U. Perera, S. G. Matsik, H. B. Yu, I. T. Ferguson, A. Bezinger, S. R. Laframboise, M. Buchanan, and H. C. Liu, Opt. Lett. 33, 2422 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

S. Chakrabarti, X. H. Su, P. Bhattacharya, G. Ariyawansa, and A. G. U. Perera, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 178 (2005).
[CrossRef]

S. Krishna, S. Raghavan, G. von Winckel, A. Stintz, G. Ariyawansa, S. G. Matsik, and A. G. U. Perera, Appl. Phys. Lett. 83, 2745 (2003).
[CrossRef]

Rafol, S. B.

S. D. Gunapala, S. V. Bandara, J. K. Liu, J. M. Mumolo, C. J. Hill, S. B. Rafol, D. Salazar, J. Woolaway, P. D. LeVan, and M. Z. Tidrow, Infrared Phys. Technol. 50, 217 (2007).
[CrossRef]

Raghavan, S.

S. Krishna, S. Raghavan, G. von Winckel, A. Stintz, G. Ariyawansa, S. G. Matsik, and A. G. U. Perera, Appl. Phys. Lett. 83, 2745 (2003).
[CrossRef]

Reitz, L. F.

M. A. Khan, J. N. Kuznia, D. T. Olson, J. M. Van Hove, M. Blasingame, and L. F. Reitz, Appl. Phys. Lett. 60, 2917 (1992).
[CrossRef]

Salazar, D.

S. D. Gunapala, S. V. Bandara, J. K. Liu, J. M. Mumolo, C. J. Hill, S. B. Rafol, D. Salazar, J. Woolaway, P. D. LeVan, and M. Z. Tidrow, Infrared Phys. Technol. 50, 217 (2007).
[CrossRef]

Shaw, J. A.

Shen, A.

H. C. Liu, C. Y. Song, A. Shen, M. Gao, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 77, 2437 (2000).
[CrossRef]

Simmons, J. G.

H. C. Liu, J. Li, J. R. Thompson, Z. R. Wasilewski, M. Buchanan, and J. G. Simmons, IEEE Electron Device Lett. 14, 566 (1993).
[CrossRef]

Song, C. Y.

H. C. Liu, C. Y. Song, A. Shen, M. Gao, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 77, 2437 (2000).
[CrossRef]

Stintz, A.

S. Krishna, S. Raghavan, G. von Winckel, A. Stintz, G. Ariyawansa, S. G. Matsik, and A. G. U. Perera, Appl. Phys. Lett. 83, 2745 (2003).
[CrossRef]

Su, X. H.

S. Chakrabarti, X. H. Su, P. Bhattacharya, G. Ariyawansa, and A. G. U. Perera, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 178 (2005).
[CrossRef]

Thompson, J. R.

H. C. Liu, J. Li, J. R. Thompson, Z. R. Wasilewski, M. Buchanan, and J. G. Simmons, IEEE Electron Device Lett. 14, 566 (1993).
[CrossRef]

Tidrow, M. Z.

S. D. Gunapala, S. V. Bandara, J. K. Liu, J. M. Mumolo, C. J. Hill, S. B. Rafol, D. Salazar, J. Woolaway, P. D. LeVan, and M. Z. Tidrow, Infrared Phys. Technol. 50, 217 (2007).
[CrossRef]

Touse, M. P.

M. P. Touse, G. Karunasiri, K. R. Lantz, H. Li, and T. Mei, Appl. Phys. Lett. 86, 093501 (2005).
[CrossRef]

Tsui, D. C.

C. J. Chen, K. K. Choi, W. H. Chang, and D. C. Tsui, Appl. Phys. Lett. 72, 7 (1998).
[CrossRef]

Tyo, J. S.

Van Hove, J. M.

M. A. Khan, J. N. Kuznia, D. T. Olson, J. M. Van Hove, M. Blasingame, and L. F. Reitz, Appl. Phys. Lett. 60, 2917 (1992).
[CrossRef]

von Winckel, G.

S. Krishna, S. Raghavan, G. von Winckel, A. Stintz, G. Ariyawansa, S. G. Matsik, and A. G. U. Perera, Appl. Phys. Lett. 83, 2745 (2003).
[CrossRef]

Wasilewski, Z. R.

H. C. Liu, C. Y. Song, A. Shen, M. Gao, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 77, 2437 (2000).
[CrossRef]

H. C. Liu, J. Li, J. R. Thompson, Z. R. Wasilewski, M. Buchanan, and J. G. Simmons, IEEE Electron Device Lett. 14, 566 (1993).
[CrossRef]

Woolaway, J.

S. D. Gunapala, S. V. Bandara, J. K. Liu, J. M. Mumolo, C. J. Hill, S. B. Rafol, D. Salazar, J. Woolaway, P. D. LeVan, and M. Z. Tidrow, Infrared Phys. Technol. 50, 217 (2007).
[CrossRef]

Yu, H. B.

Appl. Opt. (1)

Appl. Phys. Lett. (5)

M. P. Touse, G. Karunasiri, K. R. Lantz, H. Li, and T. Mei, Appl. Phys. Lett. 86, 093501 (2005).
[CrossRef]

C. J. Chen, K. K. Choi, W. H. Chang, and D. C. Tsui, Appl. Phys. Lett. 72, 7 (1998).
[CrossRef]

H. C. Liu, C. Y. Song, A. Shen, M. Gao, Z. R. Wasilewski, and M. Buchanan, Appl. Phys. Lett. 77, 2437 (2000).
[CrossRef]

S. Krishna, S. Raghavan, G. von Winckel, A. Stintz, G. Ariyawansa, S. G. Matsik, and A. G. U. Perera, Appl. Phys. Lett. 83, 2745 (2003).
[CrossRef]

M. A. Khan, J. N. Kuznia, D. T. Olson, J. M. Van Hove, M. Blasingame, and L. F. Reitz, Appl. Phys. Lett. 60, 2917 (1992).
[CrossRef]

IEEE Electron Device Lett. (1)

H. C. Liu, J. Li, J. R. Thompson, Z. R. Wasilewski, M. Buchanan, and J. G. Simmons, IEEE Electron Device Lett. 14, 566 (1993).
[CrossRef]

IEEE Photon. Technol. Lett. (1)

S. Chakrabarti, X. H. Su, P. Bhattacharya, G. Ariyawansa, and A. G. U. Perera, IEEE Photon. Technol. Lett. 17, 178 (2005).
[CrossRef]

Infrared Phys. Technol. (1)

S. D. Gunapala, S. V. Bandara, J. K. Liu, J. M. Mumolo, C. J. Hill, S. B. Rafol, D. Salazar, J. Woolaway, P. D. LeVan, and M. Z. Tidrow, Infrared Phys. Technol. 50, 217 (2007).
[CrossRef]

Opt. Lett. (1)

Phys. Rev. B (1)

S. Adachi, Phys. Rev. B 35, 7454 (1987).
[CrossRef]

Other (1)

H. C. Liu and F. Capasso, Intersubband Transition in Quantum Wells: Physics and Device Applications I (Semiconductors and Semimetals) (Academic, 2000), Vol. 62.
[PubMed]

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 (4)

Fig. 1
Fig. 1

Schematic structure of the GaAs-based detector. This structure consists of a p-type QWIP ( 5 μ m ) at the top, an intrinsic GaAs region (middle), and an n-type QWIP ( 9 μ m ) at the bottom.

Fig. 2
Fig. 2

Conduction and valence band profiles of the detector at (a) zero bias, (b) low forward bias (top-contact positive), and (c) high forward bias. Note that the band bending affects at the interfaces are not shown to reduce the complexity. Interband transitions across the bandgap leads to UV–VIS detection, while electron intersubband transitions in the two QWIP regions lead to two-color IR detection.

Fig. 3
Fig. 3

(a) Dark current density of the detector measured at 80 and 300 K, clearly showing characteristics of a p-i-n photodetector. (b) Interband responsivity of the detector showing a threshold at 870   nm (corresponding to the GaAs direct bandgap at 300 K) under −1, 0, and 1 V bias at 300 K.

Fig. 4
Fig. 4

(a) Two-color IR response at 80 K. Variation in the responsivity for the two peaks with bias is shown in the inset. (b) Response for s- and p-polarized light, showing a 100:25 polarization extinction ratio. Schematics of the 1D metal grid fabricated on the detector, having a metal-open pattern (with a fill factor of 0.5) with a grating period of 2.8 μ m , is shown in the inset.

Metrics