Фотоприемные устройства на основе наноразмерных гетероструктур InAs/GaSb

Abstract

Фотоприемные устройства (ФПУ) ближнего и среднего инфракрасного диапазона находят применение в самых различных областях науки и техники. Прежде всего, это - оптические телекоммункационные системы (ВОЛС, АОЛС), системы дальнометрии и целеуказания, комплексы экологического мониторинга и тепловизуализации. Разработка и создание таких устройств является одной приоритетных задач ИК оптоэлектроники. В настоящее время много внимания уделяется созданию ФПУ на основе системы объемных материалов HgCdTe/CdTe. Сравнительно простой способ управления областью поглощения за счет изменения состава тройного раствора HgCdTe позволяет создавать широкополосные ФПУ для среднего и дальнего ИК диапазона на основе варизонных гетероструктур [1]. Однако, спектральная чувствительность таких устройств невелика из-за высокой вероятности безызлучательной Ожерекомбинации и межзонного туннелирования. Эти факторы значительно сокращают время жизни фотовозбужденных носителей заряда, что особенно характерно для высоких рабочих температур (T>100K). Принципиально другим подходом к созданию ФПУ для ближнего, среднего и дальнего ИКдиапазона является разработка устройств с активной областью на основе напряженных наноразмерных гетероструктур II типа InAs/GaSb. Преимуществом подобных гетероструктур является значительное подавление процессов безызлучательной Оже-рекомбинации и межзонного туннелирования за счет разделения областей пространственной локализации электронов и дырок [2]. В настоящей работе сообщается о разработке ФПУ на основе сверхрешеток InAs/GaSb, а также гетероструктур с единичной квантовой ямой n-GaSb/InAs/p-GaSb. В рамках технологии газофазной эпитаксии из металлорганических соединений (МОСГФЭ) были синтезированы чередующиеся слои InAs и GaSb с толщинами от 1 до 3 нм, при этом толщина переходных слоев при скорости роста 1.5 нм/мин не превышала 0.5 нм. При исследовании фото и электролюминесценции полученных образцов наблюдались интенсивные спектры излучения в диапазоне длин волн 2200−4600 нм, что хорошо согласуется с теоретическим расчетом энергетического спектра рассматриваемых гетероструктур. При исследовании фотоэлектрических свойств диодной гетероструктуры с единичной квантовой ямой n-GaSb/InAs/p-GaSb наблюдался эффект увеличения дифференциальной фотопроводимости при малых обратных смещениях (менее 200 мВ) по сравнению с объемной p-i-n структурой на основе GaSb [3,4]. Данный эффект наблюдался при фотовозбуждении монохроматическим излучением с длиной волны 1.55 мкм. Значение ватт-амперной чувствительности при этом достигало величины 4.2 ·102 А/Вт. Принимая во внимание, что высокий уровень спектральной чувствительности достигается при малых внешних смещениях, обнаруженный эффект можно рассматривать как основу для создания компактных фотоприемников для высокоскоростных коммуникационных систем с низким энергопотреблением.