Dark current optimization desings for mesa and planar type processed short wavelength infrared photodetectors

Bu tez çalışması, mesa ve planar tipte üretilen pin heteroeklem yapısındaki InGaAs/InP bazlı SWIR fotodiyotların karanlık akım seviyelerinin optimize edildiği özgün tasarımları raporlamaktadır. Mesa tip dedektörler için yapılan çalışma kapsamında geliştirilen özgün pasivasyon çalışması, tamamen boşalmış bölge içerisinde kalan p tipi katkılanmış ince InP tabakasının geliştirilmesi temeline dayanmaktadır. Mesa tipindeki dedektörler multi renk, hiperspektral görüntüleme gibi uygulamalar için kullanılmaktadır. Yapılan çalışma kapsamında pasivasyon etkisinin izlenilebilirliği için, tamamı boşalmış bölge içerisinde bulunan InP katmanının aşındırıldığı ve aşındırılmadığı durumların karşılaştırmalı olarak çalışılabileceği, değişik boyut ve sayılarda test dedektörleri üretilmiştir. Test dedektörlerinin I-V karakterizasyonları oda sıcaklığında yapılmıştır. Değişik boyut ve sayılarda üretilen test dedektörleri kullanılarak karanlık akımın hacim ve yüzey bileşenleri ayrılmıştır. Sonuçlar ışığında geliştirilen özgün pasivasyon yaklaşımının yüzey karanlık akım bileşenini baskılayarak genel karanlık akımı 3 kata kadar azalttığı görülmüştür. Planar yapılı dedektörler için yapılan çalışmada ise geliştirilen özgün epikatman yapısı ile boşalmış bölge derinliği ve katkılama seviyelerinin optimize edilmesi sayesinde karanlık akımın hacim ve yüzey bileşenleri beraber düşürülmüştür. Üretilen 15 μm adımlı pikseller için piksel başına oda sıcaklığında 12 fA karanlık akım ve %86 kuantum verimliliğine karşılık gelen 1.08 A/W tepkisellik elde edilmiştir. Karanlık akım, difüzyon, GR ve tünelleme akım bileşenlerine ayrılmıştır ve modelleme çalışmalarında deneysel çalışmalarla birebir örtüşen sonuçlar elde edilmiştir. Üretilen ve dünya standartlarında en yüksek performansa sahip olan dedektörlerden biri olan bu planar yapılı dedektörler ile temiz oda prosesi sonrasındaki hibritleştirme adımları da optimize edilerek rekor seviyede işlerliğe sahip hibrit sensör geliştirilmiştir.