Résumé
Ces travaux de thèse réalisés au III-V Lab et en collaboration avec l’Institut d’Électronique et Systèmes (IES) de Montpellier portent sur l’étude du matériau quaternaire GaInAsSb pour son intégration dans des composants infrarouges hautes performances. L’objectif est d’évaluer le potentiel de ce matériau encore très peu exploité dans ses compositions riches en indium pour améliorer les performances électro-optiques des photodétecteurs quantiques du moyen (MWIR) et lointain (LWIR) infrarouge. Nous nous concentrons ici plus particulièrement sur le domaine du MWIR, pour lequel le super-réseau (SR) InAs/InAsSb constitue aujourd’hui la solution de zone d’absorption privilégiée. Ce SR est avantagé par une bonne qualité matériau ce qui permet d’atteindre de faibles niveaux de courant d’obscurité aux températures de fonctionnement, lorsqu’il est intégré dans des structures à barrière de type nBn. La collecte des trous minoritaires photogénérés est cependant limitée dans de tels composants, en raison des potentiels importants auxquels ils sont confrontés dans l’axe du SR, ce qui impacte directement le rendement quantique (QE) de ces détecteurs. L’idée est donc de se servir des degrés de liberté supplémentaires offert par le quaternaire GaInAsSb vis-à-vis des matériaux binaires et ternaires, en terme d’alignement des bandes de conduction et de valence, pour réduire ces barrières de potentiel et ainsi améliorer le QE. Nous avons donc fabriqué par épitaxie par jets moléculaires ce matériau pour en extraire grâce à une série de caractérisations structurales, électroniques et optiques, une plage de composition compatible avec les applications visées. Les valeurs de gap extraites par photoluminescence, nous ont ensuite permis d’ajuster nos simulations k.p pour aboutir à des dessins de SR InAs(Sb)/GaInAsSb correspondant aux critères recherchés. Nous avons finalement présenté des mesures de courant d’obscurité et de rendement quantique sur des détecteurs nBn mono-éléments intégrant ces nouveaux SR quaternaires. Les résultats obtenus sont tout à fait remarquables pour ce premier composant et semblent confirmer la pertinence de ce type de super-réseaux pour améliorer les performances électro-optiques des détecteurs MWIR et LWIR.