InAs/GaSb tip-II süperörgü kızılötesi fotodedektör yapıların MBE tekniği ile GaSb ve GaAs alttaşlar üzerine büyütülmesi
Growth of InAs/GaSb Type-II superlattice infrared photodetector structures on GaSb and GaAs substrates by MBE technique
Yazar: BÜLENT ARIKAN
Danışman: DOÇ. DR. UĞUR SERİNCAN
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, orta ve uzun dalgaboyu kızılötesi bölgelerinde gösterdikleri yüksek performans ve yüksek sıcaklık uygulamaları ile yeni nesil kızılötesi dedektör teknolojisinde öne çıkan InAs/GaSb Tip-II süperörgü fotodedektör yapıların moleküler demet epitaksi tekniği ile 2 inç GaSb ve 4 inç GaAs alttaşlar üzerine epitaksiyel büyütme işlemleri gerçekleştirilmiştir. Büyütülen süperörgü örneklerin yüksek çözünürlüklü X-ışını kırınım ve geçirimli elektron mikroskobu analizleri ile yapısal özellikleri, üretilen tek-piksel fotodedektörler üzerinde yapılan ölçümlerle de elektriksel özellikleri ve optik performansları incelenmiştir. Süperörgüyü oluşturan InAs ve GaSb katmanların bireysel kalınlıkları ile bu katmanlar arasındaki geçiş ara yüzlerinin sistematik olarak değiştirildiği örnek grupları büyütülmüş ve opto-elektronik karakterizasyonları yapılmıştır. Kristal örgü uyumu açısından avantajlı olan GaSb alttaşlar ve örgü uyumsuzluğuna rağmen daha büyük boyutlarda, yüksek kristal kalitesinde, düşük maliyette ve katkısız üretilebilmeleri gibi avantajlara sahip olan GaAs alttaşlar üzerine büyütülen özdeş yapılar karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. GaAs alttaşlardan GaSb epikatmana geçiş ara yüzünde özellikle AlSb kuantum nokta yapıların kullanıldığı yapılarda, GaSb alttaş üzerine büyütülen yapılarla benzer dedektör özellikleri elde edilmiş böylece InAs/GaSb süperörgü malzeme sistemi için GaAs alttaşların alternatif olabileceği gösterilmiştir.

Abstract:
In this thesis, epitaxial growth of InAs/GaSb Type-II superlattice photodetector structures that are prominent in the new generation infrared detector technology for their high performance and high temperature applications in mid and long wavelength infrared regions was carried out by using molecular beam epitaxy on 2 inch GaSb and 4 inch GaAs substrates. Structural properties of the grown superlattice samples have been investigated by high resolution X-ray diffraction and transmission electron microscopy analysis. Electrical properties and optical performances have also been investigated through measurements on the fabricated single pixel photodetectors. Groups of samples where the thickness of the individual InAs and GaSb layers that forms the superlattice and the transition interfaces between these layers are systematically changed were grown and their opto-electronic characterizations have been completed. Identical structures grown on both GaSb substrates that are advantageous for their crystal lattice matching and GaAs substrate that are advantageous for their bigger size, high crystal quality, low cost and dopant free producibility despite their lattice mismatch were comparatively evaluated. Similar detector performances were obtained from the samples grown on GaAs substrate with especially AlSb quantum dots as interface layer between the GaAs substrate and GaSb epilayer. Thus, it was shown that the GaAs substrates are alternative to GaSb for InAs/GaSb superlattice material system.