III-V grubu yarıiletkenlere dayalı aygıt üretimi ve karakterizasyonu

Bu çalışmada, 1.3 µm dalgaboyu civarına duyarlı olmak üzere tasarlanmış çoklu kuantum kuyulu rezonans kaviteli Ga0.66In 0.34N0.018As0.982/GaAs ve Ga0.733In0.267N0.025As0.975/GaN0.035As0.965 SACM fotodedektör yapıları incelenmiştir. Dedektörlerin aktif bölgesi Ga1-xIn xN1-yAsy oluşmaktadır. Bariyer tabakaları ise GaAs ve GaNyAs1-y 'tir. Fotodedektör yapıları, 9 kuantum kuyulu, 10 üst ve 15 alt, "dağıtılmış Bragg yansıtıcı'larından" (Distributed Bragg reflectors, DBRs) oluşmaktadır. Bu parametreler; fotodedektörlerin çalışacağı dalgaboyu dikkate alınarak, aktif bölge ve bariyer malzemelerinin alaşım konsantrasyonları tercih edilmiştir. Fotodedektörlerin tasarımları yapılırken; aktif bölge ve bariyer malzemesi için bant aralığı hesaplamaları, Band Anti-Crossing modeli ve Vegard yasası kullanılarak yapılmış, iç elektrik alan dağılımları için SimWindows programından yararlanılmış ve rezonans kavitesini oluşturan DBR yapılarının yansıtıcılığı da Transfer Matris Metodu (TMM) kullanılarak hesaplanmıştır. Fotodedektör yapıları, Moleküler Demet Epitaksi (Molecular Beam Epitaxy, MBE) büyütme yöntemi kullanılarak Tampere Teknoloji Üniversitesi Optoelektronik Araştırma Merkezi (Finlandiya) tarafından büyütülmüştür. İstanbul Üniversitesi Fen Fakültesi Fizik Bölümü bünyesinde bulunan Nano ve Optoelektronik Araştırma Laboratuvarları altında, İleri Litografik Yöntemler Laboratuvarı olanakları kullanılarak bu fotodedektör yapılarının 125 - 650 µm çaplarda mesa yapı litografik teknikler kullanılarak fabrikasyonu yapılmıştır. Fotodedektörlerin elektronik ve optik karakterizasyonları da yine aynı araştırma laboratuvarları bünyesinde Nano ve Optoelektronik Araştırma Laboratuvarı olanakları kullanılarak yapılmıştır. Oda sıcaklığında akım-voltaj ve spektral fotoakım ölçümleri yapılarak, fotodedektörlerin karanlık akım limitleri, duyarlılıkları ve kuantum verimlilikleri belirlenmiştir. Rezonans kaviteli 9 kuantum kuyulu Ga0.66In 0.34N0.018As0.982/GaAs SACM fotodedektör için kuantum verimi 1274 nm'de maksimum değerini almış, duyarlılık ise 13 mA/W olarak hesaplanmıştır. FWHM 5 nm olarak belirlenmiştir. Kuantum verimliliği maksimum dalgaboyunda ve -1 V geri besleme altında % 1,34 olarak elde edilmiştir. Rezonans kaviteli 9 kuantum kuyulu Ga0.733In0.267N0.025As0.975/GaN0.035As0.965 SACM fotodedektöründe kuantum verimi 1282 nm'de maksimum değerini almış, duyarlılık ise 64 mA/W olarak hesaplanmıştır. FWHM 5 nm olarak belirlenmiştir. Kuantum verimliliği maksimum dalgaboyunda ve -1 V geri besleme altında % 6,27 olarak elde edilmiştir. Rezonans kaviteli 9 kuantum kuyulu Ga0.733In0.267N0.025As0.975/GaN0.035As0.965 p-i-n eklem çığ fotodedektörü için kuantum verimi 1296 nm'de maksimum değerini almış, duyarlılık ise 8 mA/W olarak hesaplanmıştır. FWHM 5 nm olarak belirlenmiştir. Kuantum verimliliği maksimum dalgaboyunda ve 0 V geri besleme altında % 0,79 olarak elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar kıyaslanmış ve yorumlanmıştır.