ULTRAFAST SINGLE PHOTON DETECTOR WITH DOUBLE EPITAXIAL STRUCTURE FOR MINIMUM CARRIER DIFFUSION EFFECT

Résumé
Photodiodes à avalanche spécifiquement projetés pour travailler avec tension de polarisation supérieure à la tension de breakdown sont employés pour détecter photons isolés et mesurer leur temps d'arrivée avec résolution à picosecondes. La fonction de résolution temporelle de ces dispositifs (dénommés Single Photon Avalanche Diodes SPADs) est composée d'un pic étroit et d'une queue indésirable, due à diffusion de porteurs de charge. Nous avions précédemment projeté et fabriqué un dispositif avec une structure épitaxiale, qui avait réduit l'effet de diffusion à une brève queue de forme exponentielle, avec constante de temps 1.7 ns. En vue d'obtenir un ultérieur progrès, nous avons idée et fabriqué une structure à double épitaxie. Les mesures effectuées avec ces dispositifs ont démontré une drastique réduction de l'effet de diffusion. La fonction de résolution est caractérisée par une largeur à mi-hauteur du pic de 45 ps et par une très brève queue exponentielle, avec constante de temps 270 ps.

Abstract
Avalanche photodiodes designed to work biased above the breakdown voltage are employed for timing single photons with picosecond resolution. The time resolution curve of these devices (called Single Photon Avalanche Diodes SPADs) shows a fast peak and an undesirable tail, due to carrier diffusion. We had, previously, designed an epitaxial SPAD structure that succeeded in reducing the effect to a short, exponential-like tail with 1.7 ns lifetime. In order to achieve a further improvement, we have devised and fabricated a double epitaxial structure. The measurements performed on these new devices show a drastic reduction of the diffusion effect. The time resolution curve of the new detector is characterized by a peak with better than 45 ps full-width at half-maximum (FWHM) and a short, exponential tail, with 270 ps lifetime.