Vignette_PhotoDetecteur_InGaAs.png      Photo-détecteur multi-résonant en InGaAs

Les photo-détecteurs InGaAs pour l’imagerie dans la bande SWIR (1.2 – 1.8mm) présentent généralement une couche absorbante en InGaAs non-dopée et épaisse de quelques micromètres. Notre équipe a revisité le fonctionnement de ce dispositif lorsqu’il est placé au sein d’un résonateur optique permettant de réduire l’épaisseur des couches actives à quelques centaines de nm.

La structure étudiée est composée par l’empilement d’un miroir en or, d’un réseau diélectrique sub-longueur d’onde et d’une jonction PiN épitaxiée comprenant une couche absorbante en InGaAs dont l’épaisseur est comprise entre 100 et 200 nm.

Les modes couplés du réseau et du guide permettent de localiser l’absorption dans la couche d’InGaAs et au dessus des plots de semi-conducteur, conduisant à une collection quasi-parfaite des photo-porteurs. Les différentes résonances issues de ce couplage permettent de couvrir la bande spectrale d’intérêt avec une EQE moyenne de 50%.

PhotoDetecteur_InGaAs_Structure.png    PhotoDetecteur_InGaAs_Iobs.png

En positionnant précisément chaque hétérojonction InP/InGaAs (ou InAlAs/InGaAs) par rapport à la jonction N/i ou P/i, on assure une complète déplétion dans la zone i et une suppression des courants de diffusion dans la structure. Le courant d’obscurité est alors dominé par les courants de génération/recombinaison dans la zone de charge d’espace et par les courants tunnel à travers la bande interdite de l’InGaAs. En réduisant l’épaisseur de la couche d’InGaAs, les premiers diminuent alors que les seconds augmentent. Il existe donc une épaisseur d’InGaAs donnant le minimum de courant d’obscurité (200 nm pour les épitaxies étudiées). Ce qui correspond à une réduction du courant d’obscurité par un facteur 40 par rapport aux détecteurs épais.

M. Verdun et al. Appl. Phys. Lett. 108 053501 (2016)
M. Verdun et al. J. Appl. Phys. 120 084501 (2016)
Plus de détails dans la thèse de Michaël Verdun.