Résumé
Cette thèse, effectuée au sein de l'équipe DOTA de l'ONERA Palaiseau, porte sur l'étude et la caractérisation électro-optique de détecteurs infrarouge à superréseau (SR) InAs/GaSb. L'objectif était d'améliorer la compréhension du fonctionnement de ce photodétecteur haute performance refroidi et de statuer sur sa capacité à fonctionner à haute température (T > 120K) dans le domaine spectral MWIR (3 - 5pm). En collaboration étroite avec l'IES de l'Université de Montpellier, nous avons étudié une structure InAs-rich (présentant plus d'InAs que de GaSb dans la période du superréseau) dont les courants d'obscurité sont plus faibles que les structures classiques. Après avoir mis en place et amélioré différents bancs de test de caractérisations optiques (mesure de durée de vie par photoluminescence résolue en temps), électrique (caractéristiques courant-tension et mesure de bruit) et électro-optique (réponses spectrales calibrées), j'ai montré que les rendements quantiques de la structure InAs-rich étaient pénalisés par une longueur de diffusion des trous très faible, estimée à 80nm à 77K. J'ai proposé deux solutions pour améliorer le rendement quantique : la première, testée grâce à la première matrice InAs-rich MWIR, consiste à changer de côté l'éclairement : le rendement moyen est alors de 42% à 77K ; la deuxième est de changer de porteurs minoritaires, en dopant la structure un rendement maximal de 60% a été mesuré, pour des températures de fonctionnement de 77K à 130K. Une température BLIP de 110K a également été déterminée. Tous les résultats obtenus ont permis de donner un avis d'expert sur le fonctionnement haute température des photodétecteurs à SR MWIR.
This work, realized at ONERA (DOTA), focuses on the study and the electro-optical characterization of type II InAs/GaSb superlattice (T2SL) infrared photodetectors. The aim of this work was to improve the knowledge of this high performance infrared cooled photodetector and to focus on its potential to address the high operating temperature (HOT) (T > 120K) MWIR applications. With the Institut d'Electronique et des Systèmes, we studied a InAs-rich structure, with more InAs than GaSb in the superlattice period, which exhibits a lower dark current than conventional symmetric structures. I first realized or adapted different test benches to determine the other parameters needed to characterize the detector : current-voltage characteristics, noise, calibrated spectral response and minority carrier lifetime measurements. I demonstrated that the InAs-rich structure has a quantum efficiency (QE) penalized by a very short holes diffusion length. I estimated the value equal to 80nm at 77K. Two solutions have been proposed : the first tested thanks to the first InAs-rich MWIR FPA, is to change the side of the illumination : the average QE is 42% at 77K ; the second is to switch minority carriers type, by doping the structure : a maximum QE of 60% was measured at operating temperatures varying from 77K to 130K and at zero bias voltage. A BLIP temperature of 110K was determined. Ail these results allow us to assess the ability of T2SL to address HOT MWIR applications.