AlGaN UV photodetectors: From micro to nano

AlGaN temelli alaşımların soğurma kesimi Al oranı değiştirilerek derin UV dalgaboylarından yakın UV dalgaboylarına kadar ayarlanabilir. Bu özellik, malzemeyi, askeri, çevresel ve biyolojik görüntüleme gibi pek çok teknolojik alanlarda kullanma imkanı sağlamaktadır. Bu çalışmamızda, farklı uygulamalara yönelik UV fotodedektörler tasarladık ve ürettik. Çoklu bantlarda soğurma yapabilen dedektörler UV ışığı farklı dalgaboylarında algılayabilmektedirler. Bu amaçla, tek seferde büyütülmüş çoklu AlGaN katmanları üzerinde iki ve dört bantlı fotodedektörler ürettik. Bu, yukarı doğru azalan Al oranlarında AlGaN katmanları büyütülerek sağlandı. İki farklı tipte aygıt tasarımı yapıldı. Birinci tipte fotodedektör dört aktif soğurma katmanından oluştu. Her katman aynı zamanda diğer bantlar için filtre görevi gördü. İkinci tipte ise, her bant için farklı Al oranında bir aktif soğuma ve bir pasif filtre katmanı vardı. İki bantlı fotodedektörün her bandı için yarı doruk genişliği (YDG) kısa ve uzun bantlar için sırasıyla 11 ve 22 nm olarak ölçüldü. Bantlar arası bin kattan fazla kontrast ölçüldü. Birinci tip dört bantlı fotodedektör uzun banttan kısa banda doğru 18, 17, 22 ve 9 nm YDG gösterirken ikinci tip dört bantlı fotodedektör 8, 12, 11 ve 8 nm YDG gösterdi. Ayrıca bantlar arası kontrast on kattan yüz kata çıktı. Fotonik aygıtların plazmonik yapılarla güçlendirilmesi geçtiğimiz on yıldır çok ilgi çekmektedir. Fakat UV bölgede, bu konuda yapılmış çalışma hemen hemen hiç yoktur. Çalışmamızın ikinci kısmında ürettiğimiz çeşitli nano-yapıları GaN fotodedektörler ile bütünleştirdik ve fotodedektör cevabında bir iyileşme gözlemlerdik. Elektron mikroskobu ile safir üzerine Al nano-parçacıklar ürettik. Spektral geçirgenlik ölçümleri ile bu parçacıkların karakterizasyonu yaptık. Aynı nano-parçacıkları GaN fotodedektörler üzerine koyduğumuzda dedektör cevabında bir buçuk kata varan iyileşme gözlemledik. İkinci olarak, dalgaboyu altı fotodedektörler ürettik. Bu dedektörleri Al kırınım ağı ile bütünleştirdik. Kırınım ağının plasmonik çınlama dalgaboyu civarcında yüzeye dik aydınlatma ile fotodedektör cevabında sekiz kata varan bir iyileşme tespit ettik. Bilgisayar simülasyonları bu iyileşmenin hem yüzey plazmonlarına hem de yüzeyde oluşan sızıntı radyasyonuna bağlı olduğunu gösterdi. Son olarak AlGaN temelli malzemelerde Schottky tipi bariyerlerindeki akım mekanizmalarını inceleyen temel araştırmalar yaptık. Sonuçlara göre baskın akım mekanizmasının tünelleme akımı olduğu tespit edildi. Ayrıca metal-yarıiletken arayüzüne koyulacak ince yalıtkan katmanların istenmeyen ara-yüzey enerji seviyelerini düşürdüğü ve bu sayede aygıt performansını artırdığı gözlenmiştir.