Abstract

We report a two-color mid-wave infrared (MWIR) and long-wave infrared (LWIR) co-located detector with 3 μm active region thickness per channel that is highly selective and can perform under high operating temperatures for the MWIR band. Under back-side illumination, a temperature evolution study of the MWIR detector’s electro-optical performance found the 300 K background-limit with 2π field-of-view to be achieved below operating temperatures of 160 K, at which the temperature’s 50% cutoff wavelength was 5.2 μm. The measured current reached the system limit of 0.1 pA at 110 K for 30 μm pixel-sized diodes. At 77 K, where the LWIR channel operated with a 50% cutoff wavelength at 11.2 μm, an LWIR selectivity of 17% was achieved in the MWIR wave band between 3 and 4.7 μm, making the detector highly selective.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. A. Goldberg, T. Fischer, S. Kennerly, S. Wang, M. Sundaram, P. Uppal, and M. Winn, Proc. SPIE 4028, 276 (2000).
    [CrossRef]
  2. M. Razeghi, “Focal plane Arrays in Type-II superlattices,” U.S. patent 6,864,552 (March8, 2005).
  3. B. M. Nguyen, D. Hoffman, Y. Wei, P. Y. Delaunay, A. Hood, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 90231108 (2007).
    [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. B. M. Nguyen, G. Chen, M. A. Hoang, and M. Razeghi, IEEE J. Quantum Electron. 47, 686 (2011).
    [CrossRef]
  6. I. Vurgaftman, E. H. Aifer, C. L. Canedy, J. G. Tischler, J. R. Meyer, J. H. Warner, E. M. Jackson, G. Hildebrandt, and G. J. Sullivan, Appl. Phys. Lett. 89, 121114 (2006).
    [CrossRef]
  7. D. Hoffman, B. M. Nguyen, P. Y. Delaunay, A. Hood, M. Razeghi, and J. Pellegrino, Appl. Phys. Lett. 91, 143507 (2007).
    [CrossRef]
  8. S. A. Pour, E. K. Huang, G. Chen, A. Haddadi, B. M. Nguyen, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 98, 143501 (2011).
    [CrossRef]
  9. D. Hoffman, B. M. Nguyen, E. K. Huang, P. Y. Delaunay, M. Razeghi, M. Z. Tidrow, and J. Pellegrino, Appl. Phys. Lett. 93, 031107 (2008).
    [CrossRef]
  10. E. K. Huang, A. Haddadi, G. Chen, B. Nguyen, M. Hoang, R. McClintock, M. Stegall, and M. Razeghi, Opt. Lett. 36, 2560 (2011).
    [CrossRef]

2011 (3)

B. M. Nguyen, G. Chen, M. A. Hoang, and M. Razeghi, IEEE J. Quantum Electron. 47, 686 (2011).
[CrossRef]

S. A. Pour, E. K. Huang, G. Chen, A. Haddadi, B. M. Nguyen, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 98, 143501 (2011).
[CrossRef]

E. K. Huang, A. Haddadi, G. Chen, B. Nguyen, M. Hoang, R. McClintock, M. Stegall, and M. Razeghi, Opt. Lett. 36, 2560 (2011).
[CrossRef]

2008 (1)

D. Hoffman, B. M. Nguyen, E. K. Huang, P. Y. Delaunay, M. Razeghi, M. Z. Tidrow, and J. Pellegrino, Appl. Phys. Lett. 93, 031107 (2008).
[CrossRef]

2007 (3)

D. Hoffman, B. M. Nguyen, P. Y. Delaunay, A. Hood, M. Razeghi, and J. Pellegrino, Appl. Phys. Lett. 91, 143507 (2007).
[CrossRef]

B. M. Nguyen, D. Hoffman, Y. Wei, P. Y. Delaunay, A. Hood, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 90231108 (2007).
[CrossRef]

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)

I. Vurgaftman, E. H. Aifer, C. L. Canedy, J. G. Tischler, J. R. Meyer, J. H. Warner, E. M. Jackson, G. Hildebrandt, and G. J. Sullivan, Appl. Phys. Lett. 89, 121114 (2006).
[CrossRef]

2000 (1)

A. Goldberg, T. Fischer, S. Kennerly, S. Wang, M. Sundaram, P. Uppal, and M. Winn, Proc. SPIE 4028, 276 (2000).
[CrossRef]

Aifer, E. H.

I. Vurgaftman, E. H. Aifer, C. L. Canedy, J. G. Tischler, J. R. Meyer, J. H. Warner, E. M. Jackson, G. Hildebrandt, and G. J. Sullivan, Appl. Phys. Lett. 89, 121114 (2006).
[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]

Canedy, C. L.

I. Vurgaftman, E. H. Aifer, C. L. Canedy, J. G. Tischler, J. R. Meyer, J. H. Warner, E. M. Jackson, G. Hildebrandt, and G. J. Sullivan, Appl. Phys. Lett. 89, 121114 (2006).
[CrossRef]

Chen, G.

B. M. Nguyen, G. Chen, M. A. Hoang, and M. Razeghi, IEEE J. Quantum Electron. 47, 686 (2011).
[CrossRef]

S. A. Pour, E. K. Huang, G. Chen, A. Haddadi, B. M. Nguyen, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 98, 143501 (2011).
[CrossRef]

E. K. Huang, A. Haddadi, G. Chen, B. Nguyen, M. Hoang, R. McClintock, M. Stegall, and M. Razeghi, Opt. Lett. 36, 2560 (2011).
[CrossRef]

Delaunay, P. Y.

D. Hoffman, B. M. Nguyen, E. K. Huang, P. Y. Delaunay, M. Razeghi, M. Z. Tidrow, and J. Pellegrino, Appl. Phys. Lett. 93, 031107 (2008).
[CrossRef]

D. Hoffman, B. M. Nguyen, P. Y. Delaunay, A. Hood, M. Razeghi, and J. Pellegrino, Appl. Phys. Lett. 91, 143507 (2007).
[CrossRef]

B. M. Nguyen, D. Hoffman, Y. Wei, P. Y. Delaunay, A. Hood, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 90231108 (2007).
[CrossRef]

Fischer, T.

A. Goldberg, T. Fischer, S. Kennerly, S. Wang, M. Sundaram, P. Uppal, and M. Winn, Proc. SPIE 4028, 276 (2000).
[CrossRef]

Goldberg, A.

A. Goldberg, T. Fischer, S. Kennerly, S. Wang, M. Sundaram, P. Uppal, and M. Winn, Proc. SPIE 4028, 276 (2000).
[CrossRef]

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]

Haddadi, A.

S. A. Pour, E. K. Huang, G. Chen, A. Haddadi, B. M. Nguyen, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 98, 143501 (2011).
[CrossRef]

E. K. Huang, A. Haddadi, G. Chen, B. Nguyen, M. Hoang, R. McClintock, M. Stegall, and M. Razeghi, Opt. Lett. 36, 2560 (2011).
[CrossRef]

Hildebrandt, G.

I. Vurgaftman, E. H. Aifer, C. L. Canedy, J. G. Tischler, J. R. Meyer, J. H. Warner, E. M. Jackson, G. Hildebrandt, and G. J. Sullivan, Appl. Phys. Lett. 89, 121114 (2006).
[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]

Hoang, M.

Hoang, M. A.

B. M. Nguyen, G. Chen, M. A. Hoang, and M. Razeghi, IEEE J. Quantum Electron. 47, 686 (2011).
[CrossRef]

Hoffman, D.

D. Hoffman, B. M. Nguyen, E. K. Huang, P. Y. Delaunay, M. Razeghi, M. Z. Tidrow, and J. Pellegrino, Appl. Phys. Lett. 93, 031107 (2008).
[CrossRef]

D. Hoffman, B. M. Nguyen, P. Y. Delaunay, A. Hood, M. Razeghi, and J. Pellegrino, Appl. Phys. Lett. 91, 143507 (2007).
[CrossRef]

B. M. Nguyen, D. Hoffman, Y. Wei, P. Y. Delaunay, A. Hood, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 90231108 (2007).
[CrossRef]

Hood, A.

B. M. Nguyen, D. Hoffman, Y. Wei, P. Y. Delaunay, A. Hood, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 90231108 (2007).
[CrossRef]

D. Hoffman, B. M. Nguyen, P. Y. Delaunay, A. Hood, M. Razeghi, and J. Pellegrino, Appl. Phys. Lett. 91, 143507 (2007).
[CrossRef]

Huang, E. K.

S. A. Pour, E. K. Huang, G. Chen, A. Haddadi, B. M. Nguyen, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 98, 143501 (2011).
[CrossRef]

E. K. Huang, A. Haddadi, G. Chen, B. Nguyen, M. Hoang, R. McClintock, M. Stegall, and M. Razeghi, Opt. Lett. 36, 2560 (2011).
[CrossRef]

D. Hoffman, B. M. Nguyen, E. K. Huang, P. Y. Delaunay, M. Razeghi, M. Z. Tidrow, and J. Pellegrino, Appl. Phys. Lett. 93, 031107 (2008).
[CrossRef]

Jackson, E. M.

I. Vurgaftman, E. H. Aifer, C. L. Canedy, J. G. Tischler, J. R. Meyer, J. H. Warner, E. M. Jackson, G. Hildebrandt, and G. J. Sullivan, Appl. Phys. Lett. 89, 121114 (2006).
[CrossRef]

Kennerly, S.

A. Goldberg, T. Fischer, S. Kennerly, S. Wang, M. Sundaram, P. Uppal, and M. Winn, Proc. SPIE 4028, 276 (2000).
[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]

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]

McClintock, R.

Meyer, J. R.

I. Vurgaftman, E. H. Aifer, C. L. Canedy, J. G. Tischler, J. R. Meyer, J. H. Warner, E. M. Jackson, G. Hildebrandt, and G. J. Sullivan, Appl. Phys. Lett. 89, 121114 (2006).
[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]

Nguyen, B.

Nguyen, B. M.

S. A. Pour, E. K. Huang, G. Chen, A. Haddadi, B. M. Nguyen, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 98, 143501 (2011).
[CrossRef]

B. M. Nguyen, G. Chen, M. A. Hoang, and M. Razeghi, IEEE J. Quantum Electron. 47, 686 (2011).
[CrossRef]

D. Hoffman, B. M. Nguyen, E. K. Huang, P. Y. Delaunay, M. Razeghi, M. Z. Tidrow, and J. Pellegrino, Appl. Phys. Lett. 93, 031107 (2008).
[CrossRef]

D. Hoffman, B. M. Nguyen, P. Y. Delaunay, A. Hood, M. Razeghi, and J. Pellegrino, Appl. Phys. Lett. 91, 143507 (2007).
[CrossRef]

B. M. Nguyen, D. Hoffman, Y. Wei, P. Y. Delaunay, A. Hood, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 90231108 (2007).
[CrossRef]

Pellegrino, J.

D. Hoffman, B. M. Nguyen, E. K. Huang, P. Y. Delaunay, M. Razeghi, M. Z. Tidrow, and J. Pellegrino, Appl. Phys. Lett. 93, 031107 (2008).
[CrossRef]

D. Hoffman, B. M. Nguyen, P. Y. Delaunay, A. Hood, M. Razeghi, and J. Pellegrino, Appl. Phys. Lett. 91, 143507 (2007).
[CrossRef]

Pour, S. A.

S. A. Pour, E. K. Huang, G. Chen, A. Haddadi, B. M. Nguyen, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 98, 143501 (2011).
[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]

Razeghi, M.

B. M. Nguyen, G. Chen, M. A. Hoang, and M. Razeghi, IEEE J. Quantum Electron. 47, 686 (2011).
[CrossRef]

S. A. Pour, E. K. Huang, G. Chen, A. Haddadi, B. M. Nguyen, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 98, 143501 (2011).
[CrossRef]

E. K. Huang, A. Haddadi, G. Chen, B. Nguyen, M. Hoang, R. McClintock, M. Stegall, and M. Razeghi, Opt. Lett. 36, 2560 (2011).
[CrossRef]

D. Hoffman, B. M. Nguyen, E. K. Huang, P. Y. Delaunay, M. Razeghi, M. Z. Tidrow, and J. Pellegrino, Appl. Phys. Lett. 93, 031107 (2008).
[CrossRef]

D. Hoffman, B. M. Nguyen, P. Y. Delaunay, A. Hood, M. Razeghi, and J. Pellegrino, Appl. Phys. Lett. 91, 143507 (2007).
[CrossRef]

B. M. Nguyen, D. Hoffman, Y. Wei, P. Y. Delaunay, A. Hood, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 90231108 (2007).
[CrossRef]

M. Razeghi, “Focal plane Arrays in Type-II superlattices,” U.S. patent 6,864,552 (March8, 2005).

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]

Stegall, M.

Sullivan, G. J.

I. Vurgaftman, E. H. Aifer, C. L. Canedy, J. G. Tischler, J. R. Meyer, J. H. Warner, E. M. Jackson, G. Hildebrandt, and G. J. Sullivan, Appl. Phys. Lett. 89, 121114 (2006).
[CrossRef]

Sundaram, M.

A. Goldberg, T. Fischer, S. Kennerly, S. Wang, M. Sundaram, P. Uppal, and M. Winn, Proc. SPIE 4028, 276 (2000).
[CrossRef]

Tidrow, M. Z.

D. Hoffman, B. M. Nguyen, E. K. Huang, P. Y. Delaunay, M. Razeghi, M. Z. Tidrow, and J. Pellegrino, Appl. Phys. Lett. 93, 031107 (2008).
[CrossRef]

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]

Tischler, J. G.

I. Vurgaftman, E. H. Aifer, C. L. Canedy, J. G. Tischler, J. R. Meyer, J. H. Warner, E. M. Jackson, G. Hildebrandt, and G. J. Sullivan, Appl. Phys. Lett. 89, 121114 (2006).
[CrossRef]

Uppal, P.

A. Goldberg, T. Fischer, S. Kennerly, S. Wang, M. Sundaram, P. Uppal, and M. Winn, Proc. SPIE 4028, 276 (2000).
[CrossRef]

Vurgaftman, I.

I. Vurgaftman, E. H. Aifer, C. L. Canedy, J. G. Tischler, J. R. Meyer, J. H. Warner, E. M. Jackson, G. Hildebrandt, and G. J. Sullivan, Appl. Phys. Lett. 89, 121114 (2006).
[CrossRef]

Wang, S.

A. Goldberg, T. Fischer, S. Kennerly, S. Wang, M. Sundaram, P. Uppal, and M. Winn, Proc. SPIE 4028, 276 (2000).
[CrossRef]

Warner, J. H.

I. Vurgaftman, E. H. Aifer, C. L. Canedy, J. G. Tischler, J. R. Meyer, J. H. Warner, E. M. Jackson, G. Hildebrandt, and G. J. Sullivan, Appl. Phys. Lett. 89, 121114 (2006).
[CrossRef]

Wei, Y.

B. M. Nguyen, D. Hoffman, Y. Wei, P. Y. Delaunay, A. Hood, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 90231108 (2007).
[CrossRef]

Winn, M.

A. Goldberg, T. Fischer, S. Kennerly, S. Wang, M. Sundaram, P. Uppal, and M. Winn, Proc. SPIE 4028, 276 (2000).
[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]

Appl. Phys. Lett. (5)

B. M. Nguyen, D. Hoffman, Y. Wei, P. Y. Delaunay, A. Hood, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 90231108 (2007).
[CrossRef]

I. Vurgaftman, E. H. Aifer, C. L. Canedy, J. G. Tischler, J. R. Meyer, J. H. Warner, E. M. Jackson, G. Hildebrandt, and G. J. Sullivan, Appl. Phys. Lett. 89, 121114 (2006).
[CrossRef]

D. Hoffman, B. M. Nguyen, P. Y. Delaunay, A. Hood, M. Razeghi, and J. Pellegrino, Appl. Phys. Lett. 91, 143507 (2007).
[CrossRef]

S. A. Pour, E. K. Huang, G. Chen, A. Haddadi, B. M. Nguyen, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 98, 143501 (2011).
[CrossRef]

D. Hoffman, B. M. Nguyen, E. K. Huang, P. Y. Delaunay, M. Razeghi, M. Z. Tidrow, and J. Pellegrino, Appl. Phys. Lett. 93, 031107 (2008).
[CrossRef]

IEEE J. Quantum Electron. (1)

B. M. Nguyen, G. Chen, M. A. Hoang, and M. Razeghi, IEEE J. Quantum Electron. 47, 686 (2011).
[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)

Proc. SPIE (1)

A. Goldberg, T. Fischer, S. Kennerly, S. Wang, M. Sundaram, P. Uppal, and M. Winn, Proc. SPIE 4028, 276 (2000).
[CrossRef]

Other (1)

M. Razeghi, “Focal plane Arrays in Type-II superlattices,” U.S. patent 6,864,552 (March8, 2005).

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) Temperature dependent dark current of 30 μm sized MWIR channel diodes, (b) Johnson noise-limited detectivity for the MWIR channel, and (c) electro-optical characterization of both channels at 77 K.

Fig. 2.
Fig. 2.

(Left) Detectivity spectrum of both channels at 77 K shown with theoretical 300 K detecitivity background with 2π field of view, (middle) MWIR channel, and (right) LWIR channel exhibits strong CO2 emission in the MWIR but not in the LWIR at 81 K.

Equations (2)

Equations on this page are rendered with MathJax. Learn more.

D*=qEphηR0A4kT,
R0Adiff=kT(qni)2NAτed,

Metrics