TILLEMENT Jules's PhD thesis defence

Développement de photodiodes InGaAs petit pas pixel pour la détection du SWIR

Dans le contexte actuel où l’utilisation des capteurs d’image est en pleine croissance et diversification, ce travail de thèse porte sur le développement d’un capteur d’image petit pas pixel en InGaAs pour le SWIR.
La méthode traditionnelle de dopage des photodiodes InGaAs par diffusion de Zn présente des contraintes qui pourrait limiter la réduction du pas de pixel sous 5 µm. Cette thèse propose d’explorer deux méthodologies alternatives de dopage soit par implantation de Be soit par dopage à la croissance qui pourraient simplifier la diminution du pas pixel tout en
conservant des performances comparables à l’état de l’art.
La méthode de réalisation des photodiodes par implantation a permis de démontrer des photodiodes jusqu’au pas de 3 µm avec un courant d’obscurité amélioré par rapport à la littérature du domaine mais largement supérieur à l’état de l’art des photodiodes InGaAs autour du nA/cm². Notre meilleur résultat obtenu est un courant d’obscurité de 1 µA/cm² à -0.12V à température ambiante pour un pas pixel de 15 µm.
La deuxième alternative de fabrication des photodiodes grâce au dopage à la croissance a montré des performances très prometteuses qui atteignent les meilleurs niveaux de courant d’obscurité rapportés par la littérature à ce jour. Notre meilleure performance mesurée au pas de 5 µm est 4.4 nA/cm² à -0.1V et 23°C. Nous avons aussi calculé le rendement quantique brute de ces photodiodes autour de 54% et estimé un rendement quantique interne à environ 70%.
Ces travaux de thèse ont permis d’identifier une nouvelle architecture de photodiode gravée pour la fabrication des photodiodes InGaAs petit pas pixel dont les performances sont comparables avec celles des photodiodes de l’état de l’art.