en fr InAs-GaSb superlattices grown by MBE for MWIR detection at room temperature Superréseaux InAs-GaSb réalisés par épitaxie par jets moléculaires pour photodétection à 300 K dans le moyen-infrarouge Report as inadecuate




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1 IES - Institut d-Electronique du Sud

Abstract : This thesis concerns the conception, growth and characterization of InAs-GaSb superlattices SL, for the realization of infrared photodetectors operating at room temperature RT in the 3-5 μm wavelength range. The first part of this manuscript deals with an introduction and a state of the art on infrared detection. We present the advantages of superlattice infrared photodetectors SLIPs and explain why the InAs-GaSb system is a promising candidate for the third generation of cameras. The second part is devoted to the fabrication of the SL by EJM on GaSb substrate. Strain compensation of the SL by the insertion of InSb at the GaSb-on-InAs interface is studied, as well as the influence of various parameters growth temperature, element five beam equivalent pressure,



Rugosity measurements by AFM, HRDX and photoluminescence caracterisations shows that we achieved a high quality material, and thick SL up to 2.5 μm has been grown. P-i-n SLIPs with a cut-off wavelength of 5.6 μm are presented in the last part. These devices, with a mesa geometry showed RT operation with R0A~2-4.10-3 Ω.cm² , a sensibility of 80 mA-W at 0 V and a calculated specific detectivity at 4 μm of 4.107 cmHz0.5-W. A slight improvement is obtained by inserting an Al0.4GaSb layer at the buffer-SL interface: R0A~6.10-3 Ω.cm² , a sensibility of 300 mA-W at -0.4 V leading to a calculated specific detectivity at 4 μm of 7.107 cmHz0.5-W. A strong improvement is predicted by modifying the design of the device asymmetrical SL, interfaces with contact layers



, and above all, by passivating properly the mesa device.

Résumé : Ce travail de thèse porte sur l-élaboration, la croissance par épitaxie par jets moléculaires, et la caractérisation de superréseaux InAs-GaSb SR pour la réalisation de photodétecteurs infrarouges opérant dans la gamme de longueur d-onde 3-5 μm à température ambiante RT. La première partie de ce mémoire présente les particularités de la détection infrarouge, ainsi qu-un état de l-art des différentes filières de détecteurs. Nous mettons également en exergue les propriétés des photodétecteurs infrarouges à SR SLIPs faisant de ce système de matériaux, un candidat très prometteur pour s-imposer dans la prochaine génération de caméras infrarouges. La seconde partie expose la croissance par EJM des SR sur substrat GaSb. La compensation de la contrainte par insertion d-une couche d-InSb à l-interface GaSb sur InAs a été étudiée, ainsi que l-influence de divers paramètres de croissance température de croissance, pression équivalente des éléments V,



Les échantillons ont été caractérisés , et les mesures ont confirmé une grande qualité cristalline, et des SR épais jusqu-à 2.5 μm ont été réalisés. Enfin, nous avons élaboré des SLIPs p-i-n avec une longueur d-onde de coupure de 5.6 μm dont les caractérisations sont présentées dans la dernière partie. Ces composants à géométrie mesa ont fonctionné à RT avec un R0A~2-4.10-3 Ω.cm² , une sensibilité de 80 mA-W à 0 V donnant une détectivité spécifique calculée à 4 μm de 4.107 cmHz0.5-W. Une légère amélioration a été obtenue en insérant une couche d- Al0.4GaSb entre la couche buffer et le SR: un R0A~6.10-3 Ω.cm² , une sensibilité de 300 mA-W à -0.4 V donnant une détectivité spécifique calculée à 4 μm de 7.107 cmHz0.5-W.

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Keywords : infrared semiconductor photodiodes InAs-GaSb superlattices molecular beam epitaxy antimonides

Mots-clés : photodétecteurs infrarouges à semiconducteurs superréseaux InAs-GaSb épitaxie par jets moléculaires antimoniures





Author: Jean-Baptiste Rodriguez -

Source: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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