Utilisation des mesures de bruit pour la détermination du photocourant primaire dans les photodiodes à avalanche N+Pπ P+ au silicium

The use of a photodetector requires a satisfactory knowledge about the noise equivalent power which is a function of the multiplication of the charge carriers. In a silicon diode of the type N+PπP+, the extension of the space charge and the impact ionisation together cause an increase in the initial photocurrent. It is the purpose of this paper to make a distinction between these two effects. The former increases the primary photocurrent whereas the latter multiplies it. Noise measurements are used to mark this transition. The authors show in particular that the increase of the primary photocurrent due to the extended space charge region can attain a factor of two (if this value is unknown, the errors in the determination of the noise equivalent power of the photodiode can be substantial).L'utilisation d'un photodétecteur nécessite la connaissance de sa puissance équivalente de bruit qui est une fonction du facteur de multiplication des porteurs de charges. Dans une photodiode au Si du type N+PπP +, l'extension de la zone de charge d'espace et l'ionisation par impact des porteurs entraînent simultanément une augmentation du photocourant initial. L'objet de cet article est de dissocier les deux effets, le premier ayant pour conséquence l'augmentation du photocourant primaire qui sera alors multiplié pour donner le courant résultant. Les mesures de bruit de fond permettent d'atteindre le photocourant non multiplié. Les auteurs montrent dans le cas particulier de ces dispositifs que l'augmentation du photocourant primaire due à l'extension de la charge d'espace peut atteindre un facteur 2. (La non-connaissance de cette valeur entraînant naturellement d'importantes erreurs sur la détermination de la puissance équivalente de bruit de la photodiode en régime de fonctionnement)

Photodiode à avalanche GaAs/GaAlAs a superréseau à λ\lambda = 0,8 μ\mum; bruit et facteur d'excès de bruit

An electro-optic characterization is given for avalanche photodiodes of Schottky or PIN structure, with GaAs/GaAlAs Multi-Quantum well (in 100 Å - 100 Å) superiattice. The devices are of MESA structure and have been made by Molecular Beam Epitaxy (MBE) at CHS, Lille. By this process, one can accurately control the 100 Å width of the barrier and well layers of the MQW (Figs. 4, 5). The devices are to be used for light detection at the $\lambda = 0.8~\mu$m wavelength. We first give the current to voltage characterization by the reverse dark current and the photocurrent. From the measurement of the capacity versus the applied voltage, the profile of impurity concentrations have been determined. The n-type impurity concentration in the superiattice is about $7 \times 10^{15}$ cm$^{-3}$. Last the noise of the devices is analysed under obscurity and light. We give the white noise versus the reverse current, from the range of pure shot noise to impact ionization multiplication noise. That will allow to determine the excess noise factor under a hole-initiated multiplication at $\lambda = 0.727~\mu$m and an electron initiated multiplication at $\lambda = 0.881~\mu$m.L'objet de cette communication est de présenter une caractérisation électrooptique de prototype de photomultiplicateurs solides du type photodiode Schottky ou PIN GaAs/GaAlAs à multipuits quantiques (100 Å – 100 Å) “superréseau". Ces dispositifs de structure MESA sont réalisées en Epitaxie par Jet Moléculaire (E.J.M.) au C.H.S. de Lille. C'est grâce à cette technique d'élaboration que l'on contrôle avec précision les épaisseurs de 100 Å des couches successives (Figs. 4 et 5). Ces photodétecteurs à superréseau protypes à base d'arséniure de gallium sont destinés à la photodétection de rayonnement, de longueur d'onde $\lambda = 0,8~\mu$m. Dans la première partie, nous présenterons les principes physiques des dispositifs à superréseau. Les caractèristiques courant-tension à l'obscurité et sous éclairement en polarisation inverse seront données. On déterminera le profil de concentration des impuretés par la variation de la capacité en fonction de la tension de polarisation. La troisème partie de ce travail est consacrée à l'étude du bruit blanc à l'obscurité et sous éclairement. Nous représenterons la variation de la densité spectrale de courants de bruits depuis le bruit de grenaille jusqu'au bruit de multiplication dû à l'ionisation par impact dans le superréseau. On atteindra ainsi le facteur d'excès de bruit dans le cas d'une injection de trous et d'électrons faite séparément