Antimonidische Übergitter Infrarot-Photodioden mit reduziertem Dunkelstrom

Der die Leistungsfähigkeit von InAs/GaSb-Übergitterphotodioden limitierende Dunkelstrom kann durch eine Anpassung des Bauteilkonzeptes deutlich reduziert werden. Detektoren mit einem solchen Heteroübergang können dann bei höheren Temperaturen betrieben werden, was deutliche Einsparungen bei der nötigen Kühlleistung ermöglicht und Detektorsysteme kleiner und leichter macht.

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In der vorliegenden Arbeit werden InAs/GaSb-Übergitterphotodioden für den infraroten Spektralbereich untersucht. Die elektrooptische Leistungsfähigkeit solcher Detektoren wird durch den Dunkelstrom begrenzt. Daher ist es nötig diese Photodioden stark gekühlt zu betreiben. Eine Reduktion des Dunkelstroms ermöglicht es die Detektoren bei höheren Temperaturen betreiben zu können wodurch die Kühlaufwände verringert werden. Dazu ist zunächst ein genaues Verständnis der limitierenden Mechanismen nötig. Hierzu wird eine Methodik vorgestellt, die die Identifikation der Dunkelstrommechanismen über einen breiten Temperaturbereich erlaubt. Im zweiten Schritt wird die Reduktion des Dunkelstroms durch Anpassung des Bauteilkonzeptes realisiert. Hierbei wird durch einen sogenannten Heteroübergang die Bandlückenenergie des Detektors derart angepasst, dass die Detektionseigenschaften einer Diode niedriger Bandlückenenergie mit den Dunkelstromeigenschaften eines Detektors großer Bandlückenenergie kombiniert werden. Die somit erreichbare Reduktion des Dunkelstroms kann für eine Erhöhung der Betriebstemperatur um etwa 20 K genutzt werden.