Investigation of photodetectors based on III-nitride and metal oxide thin films deposited by atomic layer deposition

3.4 eV'lik geniş bant aralığına ve yüksek elektron doyum hızına sahip olan Galyum Nitrür (GaN) günümüzde en gözde optoelektronik malzemelerden biridir ve kendine mavi/UV LED'lerden UV foto detektörlere, yüksek elektron mobiliteli tranzistörlerden güneş gözelerine kadar birçok uygulama alanı bulmuştur. GaN film üretimi için kullanılan geleneksel yöntemler yüksek sıcaklıkta (600˚C'den büyük) işlemler gerektirmektedir. Bu tür yöntemler ile plastik ve hatta geniş alanlı optoelektronik uygulamalarda kullanılan kâğıt gibi ısıya karşı duyarlı alttaşlar üzerinde GaN sentezlenememektedir. Bu dezavantajın önüne geçebilmek için düşük sıcaklıkta işlem yapabilme, hassas kalınlık kontrolü ve adım kapsaması gibi kendine has özellikleri sayesinde atomik katman kaplama (ALD) öne çıkmaktadır. Çalışmamızda dünyada ilk oyuk katot plazma destekli atomik katman kaplama (HCPA-ALD) ile büyütülmüş GaN temelli optik cihazlar gösterilmiştir. Üretilen cihazlar umut verici elektriksel ve optik performans göstermiştir. 20V voltaj uygulandığında 14 pA'lik oldukça düşük karanlık akım gözlemlenmiş, ultraviyole/görünür ışık kontrast oranı 15 olarak ölçülmüştür. Filmlerin tavlaması cihaz performansında artışa neden olmuştur. Karanlık akım 100'de birine düşerken duyarlılık 2 katına çıkmıştır. Tezin ikinci kısmında ise ALD ile büyütülmüş ZnO katmanları üzerinde optoelektronik cihaz uygulamaları sunulmaktadır. ZnO geniş ve doğrudan bant aralığına sahip literatürde çok çalışılmış bir yarıiletkendir. Hâlihazırda fotodetektörler, güneş gözeleri ve ince-film tranzistörler gibi birçok optik cihazda ve biyomedikal uygulamalarda kullanılmaktadır. Bu çalışmada Silisyum üzerinde ZnO heteroeklem cihaz uygulamaları araştırılmıştır. 80˚C'de büyütülmüş ZnO-Si heteroeklem fotodiyotlarda 103 gibi yüksek bir doğrultma elde edilmiştir. Bu cihazlarda ayrıca yüksek duyarlılık değerleri de elde edilmiştir. 350nm dalgaboyunda ışık uygulandığında 35mA/W duyarlılık ve 585nm dalgaboyunda ise 90mA/W duyarlılık gözlemlenmiştir.