单片集成扩展短波红外 GeSn PIN 光电探测器的暗电流

在硅上单片集成扩展短波红外（e-SWIR）光电探测器（PDs）以实现可制造、高性价比的传感与成像技术备受青睐。基于此视角，GeSn PIN 光电探测器因其带隙可调性及硅兼容性而受到广泛研究。然而，由于生长缺陷，与商用 III-V 光电探测器相比，这些光电探测器的暗电流密度相对较高。在此，我们阐明了 Sn 含量为 $10$ at.% 的 $2.6 \, \mu$m GeSn 光电探测器中支配暗电流的机制。研究发现，在 $293 \,$K -- $363 \,$K 温度范围及低偏压下，扩散与 Shockley-Read-Hall（SRH）泄漏机制主导小直径（$20 \, \mu$m）器件的暗电流，而联合 SRH 与陷阱辅助隧穿（TAT）泄漏机制在较大直径（$160 \, \mu$m）器件中显著。然而，在高反向偏压下，无论工作温度与器件尺寸如何，TAT 泄漏机制均占主导。这些器件中的有效非辐射载流子寿命在低偏压下达到 $\sim 300$ -- $400$ ps。不过，由于 TAT 泄漏电流，该寿命随偏压增大而逐渐缩短。