Conception, réalisation et caractérisation de photodétecteurs ultraviolets "Solar-blind" à base de nouveaux alliages BAlGaN

par Hussein Srour

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-Paul Salvestrini.

Le président du jury était Philippe Christol.

Le jury était composé de Guilhem Almuneau, Badreddine Assouar, Abdallah Ougazzaden, Ali Soltani.

Les rapporteurs étaient Laurent Bechou, Zakaria Djebbour.


  • Résumé

    Les développements récents des techniques de fabrication de matériaux semi-conducteurs de type III-N comme GaN et AlGaN permettent le développement de photo-détecteurs Schottky et métal-semi-conducteur-métal opérant dans le domaine de l'ultraviolet. Alors que les photo-détecteurs à base de GaN et AlGaN ont un faible bruit et un temps de réponse rapide, l'absence de gain interne est un obstacle majeur à leur utilisation dans des applications qui nécessitent des photo-détecteurs à haute sensibilité. Dans ce travail, nous avons conçu et fabriqué des photo-détecteurs à base d'alliage BAlGaN sous forme de monocouches et de super réseaux réalisés par MOVPE et photo-lithographie. Une caractérisation complète de leurs propriétés électriques et électro-optiques a ensuite été réalisée. Nous montrons que ces nouveaux alliages BAlGaN ont un impact majeur sur les performances des photo-détecteurs étudiés. Nous avons pu réaliser des détecteurs présentant un important gain interne (jusqu'à 3x105) donc avec une sensibilité améliorée, un courant d'obscurité faible (jusqu'à 9 ordres de grandeurs plus faible que dans les détecteurs à base de GaN réalisés), une longueur d'onde de coupure ajustable dans la gamme 260-380, et un temps de réponse deux fois plus rapide que dans les détecteurs à base de GaN réalisés. Finalement, nous proposons une interprétation du mécanisme de gain dans ces nouvelles structures reposant sur l'existence de pièges profonds à électrons et à trous

  • Titre traduit

    Design, realization and electrical characterization of « Solar-blind » ultraviolet photodetectors based on new alloys BAlGaN


  • Résumé

    Recent developments in III-N material growth technology such as GaN and AlGaN made possible to fabricate high performance solar-blind Schottky, and metal-semiconductor-metal based photodetectors operating in the ultraviolet range -based photodetectors. While GaN and AlGaN have low noise and fast response times, the lack of high internal gain is a limitation for their use in applications that require high sensitivity photodetectors. In this work, we have designed and fabricated BAlGaN-based photodetectors. For this, several BGaN monolayer and superlattices were grown using MOVPE and lithography processes followed by a full characterization of their electrical and electro-optical properties. We show that these new BAlGaN alloys have tremendous impact on the performance of these photodetectors. We were able to achieve photodetectors with large internal gain (up to 3x105) and thus improved sensitivity, low dark current (up to nine orders of magnitude lower compared to our own GaN-based photodetectors), tunable cut-off wavelength in the 260-380 nm range, and more than two orders of magnitude reduction in the response time compared to our own GaN-based photodetectors. Finally, we propose an interpretation, based on the existence of deep level electron and hole traps, to explain the different mechanisms at the origin of the internal gain in these new structure


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