Fabrication and characterization of InAs/GaSb superlattice photodetectors for the long-wave infrared
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Abstract EN:
This PhD thesis reports the development of InAs/GaSb type-2 superlattice (T2SL)-based barrier photodetectors operating in the long-wave (LWIR) and very long-waveinfrared (VLWIR). The main properties of this material were described as well asthe advantages it offers for LWIR detection.The InAs/GaSb T2SL absorber was implemented in a barrier structure with anInAs/AlSb SL barrier layer and an InAs/GaSb contact layer. The performance of theproposed structure was analyzed using the commercial software Silvaco ATLAS. Thestructure was grown by Molecular Beam Epitaxy (MBE) and the samples showedgood crystalline quality and homogeneity across the 2-inch wafer as determined byhigh-resolution X-ray diffraction, atomic force microscopy and photoluminescencemeasurements. LWIR and VLWIR devices were fabricated by a photolithographybasedprocedure developped at IES.Fabricated devices were characterized electrically and electro-optically. The measurements included J(V), C(V) and non-calibrated photoresponse. The devices exhibited cut-off wavelengths close to their targeted values with dark current levels at the state of the art of T2SL IR detectors. However, the first devices suffered from a high operating bias and for that reason, a new optimized structure was designed. New wafers were grown based on the optimized design dedicated to LWIR and VLWIR focal plane array fabrication.
Abstract FR:
Ce travail de thèse porte sur la réalisation de photodétecteurs à barrière à base de superréseaux type-2 (T2SL) InAs/GaSb pour le lointain infrarouge (LWIR etVLWIR). Les propriétés principales de ce matériau ont été décrites ainsi que les avantages qu’il offre pour la détection LWIR.L’absorbeur en superréseau InAs/GaSb a été implémenté dans une structure à barrière,dont la couche barrière est composée d’un superréseau InAs/AlSb et la couche contact d’un superréseau InAs/GaSb. Les performances de la structure proposée ont été simulées et analysées à l’aide du logiciel commercial Silvaco ATLAS. La structureest épitaxiée par épitaxie par jets moléculaires (EJM) and les échantillons ont montré une bonne homogénéité et qualité cristalline sur un wafer 2 pouces, comme démontré par des mesures de diffraction de rayons X à haute résolution, microscopie à force atomique et photoluminescence. Par la suite, des dispositifs LWIR et VLWIR ont été réalisés par un processus de photolithographie développé au sein de l’IES.Des caractérisations électriques et électro-optiques ont ensuite été menées sur les dispositifs fabriqués. Elles comprenaient des mesures J(V), C(V) et réponse spectrale non calibrée. La longueur d’onde de coupure mesurée été proche des valeurs visées, avec un courant d’obscurité à l’état de l’art des détecteurs infrarouge T2SL. Néanmoins, les premiers détecteurs fabriqués ont montré une tension de fonctionnement élevée et pour cette raison, une nouvelle structure a été proposée. De nouveaux échantillons ayant la structure optimisée ont été réalisés, dédiés à la fabrication des matrices LWIR et VLWIR.