Rezonans kaviteli ve iç kazançlı GaInNas-tabanlı IR fotodedektör

Bu çalışmada, fiber optik iletişimin 1.3 um penceresinde kullanılma potansiyeli olan, absorpsiyon bölgesini seyreltik azotlu GaInNAs dörtlü alaşım yarıiletkeninin oluşturduğu rezonans kaviteli p-i-n eklem Ga_{1-x}In_xN_yAs_{1-y}/GaN_zAs, çoklu kuantum kuyulu fotodedektörler incelenmiştir. Fotodedektörlerin kuantum kuyusu ve "dağıtılmış Bragg yansıtıcıları" (distributed Bragg reflectors, DBRs) sayısına, aktif bölge ve bariyer malzemelerinin alaşım konsantrasyonlarına bağlı tasarımları, fabrikasyonları, elektriksel ve optik karakterizasyonları yapılarak fotodedektör özellikleri belirlenmiştir. Fotodedektörlerin tasarımları, Band Anti-Crossing modeli, Transfer Matris Metot'u ve Vegard Yasası'ndan yararlanılarak yapılmıştır. Tasarımlarda, absorpsiyon bölgesinin bant aralığı, tabakalararası uyum ve tabaka sayısı ile rezonans kavitesinin kalitesi olmak üzere üç temel parametre göz önüne alınmıştır. Fotodedektörler Tampere Teknoloji Üniversitesi Optoelektronik Araştırma Merkezi tarafından Moleküler Demet Epitaksi büyütme sistemiyle büyütülmüştür. Fabrikasyonları ise İstanbul Üniversitesi Fen Fakültesi Fizik Bölümü bünyesinde bulunan İleri Litografik Yöntemler Laboratuvarı'nın olanakları kullanılarak yapılmıştır. 2 inç çaplı daireler şeklinde büyütülen örnekler, optik ölçümlerden sonra optik litografi ve ıslak aşındırma teknikleriyle 20-200 um pencere genişliğine sahip mesa yapı şeklinde üretilmişlerdir. Fotodedektörlerin karakterizasyonları İstanbul Üniversitesi Fen Fakültesi bünyesinde bulunan Nano-Optoelectronik Araştırma Laboratuvarları'nda yapılmıştır. 30-300 K aralığında fotoışıma ve yansıma ölçümleri yapılarak fotodedektörlerin sıcaklığa bağlı çalışma dalgaboyları, absorpsiyon dalgaboyunun sıcaklığa bağlılığı ve termal genleşme katsayıları gibi parametreleri belirlenmiştir.\par Oda sıcaklığı civarında (10-40 oC) akım-voltaj ve fotoakım ölçümleri yapılarak fotodedektörler için en önemli parametrelerden olan karanlık akım limitleri, duyarlılıkları ve kuantum verimleri belirlenmiştir. Essex Üniversitesi'nin olanakları kullanılarak oda sıcaklığında transiyent fotoiletkenlik ölçümleri yapılmış ve fotodedektörlerin bant genişlikleri, hızları ve gürültü mertebeleri belirlenmiştir. Elde edilen tüm bulgular kendi içlerinde, birbirleriyle ve literatürdeki benzer yapılarla kıyaslanarak değerlendirilmiştir. Bu çalışmada -1 V gibi çok düşük beslemede %43 kuantum verimine ulaşılmış olup bilindiği kadarıyla bu değer, literatürde seyreltik azotlu rezonans kaviteli p-i-n eklem fotodedektörlerdeki ulaşılan en yüksek kuantum verimidir. Bu fotodedektör, Türk Patent ve Marka Kurumu tarafında 21.11.2017 tarihinde ulusal patent (TR 2015 05193 B) olarak tescillenmiştir.