Перспективные гетероструктуры на основе А3В5 полупроводников для фотоприемников ближнего и среднего ИК диапазонов спектра

Abstract

В настоящее время при росте гетероструктур используются бинарные соединения InSb, InAs, InSb и многокомпонентные твердые растворы InGaAs и InAsSb; активно применяются и разрабатываются низкоразмерные гетероструктуры с нанометровыми барьерами, с квантовыми ямами, квантовыми точками, сверхрешетками и нанопроволоками. Для увеличении связи света с электронные состояниями поглощающего материала, повышения чувствительности ИК ФП широко исследуются возможности наноструктур в качестве просветляющих покрытий, оптических антенн, плазмонных структур и метаматериалов. Твердый раствор In0,53Ga0,47As (Eg = 0,73 эВ), согласованный с InP подложкой, является наиболее подходящим материалом для детекторов спектрального диапазона 1.0–1.7 мкм. ФП на его основе имеют высокую чувствительность, низкий темновой ток и шум. Чувствительность ФП можно максимизировать на желаемой длине волны, создать гетероструктуры с усилением света за счет электронной инжекции или лавинного усиления. Активно развиваются конструкции гетероструктур для малошумящих лавинных ФП. Еще один материал из семейства III – V, который выделяется на фоне других материалов для ИК ФП - InAsSb. Этот тройной раствор, более устойчив по сравнению с HgCdTe, имеет низкий коэффициент самодиффузии, довольно слабую зависимость между шириной запрещенной зоны и составом и малую диэлектрическую проницаемость, обеспечивающую более короткое время диэлектрической релаксации и меньшая емкость. На его основе создаются короткопериодные сверхрешетки второго рода, характеристики которых значительно улучшены в последнее время за счет введения блокирующего слоя с большей шириной запрещенной зоны чем окружающие слои сверхрешетки. Стремление более высоких рабочих температур, более высокой эффективности и более низкой стоимости ИК ФП стимулировали поиск гетероструктур с меньшая квантовой размерностью. Большие надежды возлагались на нуль-мерные структуры. В настоящее время активно исследуются возможности нанопроволок. Рассматривается три типа фотоприемников: фотопроводники, фототранзисторы и гетероструктурные фотодиоды на основе InAs, InGaAs, InPAs и InGaSb нанопроволок. В докладе анализируются достоинства и недостатки продемонстрированных приборов, включая самые многообещающие фотоприемники на основе нанопроволок с лавинным умножением. Кроме того в докладе рассматриваются новые нанотехнологические приемы, позволяющие усилить взаимодействие света с электронной системой гетероструктур.