ВЫРАЩИВАНИЕ ГЕТЕРОСТРУКТУР AIIIBV И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.06, кандидат наук Блохин Эдуард Евгеньевич

• Блохин Эдуард Евгеньевич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Блохин Эдуард Евгеньевич

Введение

Глава 1 Свойства и конструкционные особенности структур для фотодетекторов ИК диапазона

1.1 Фотодетекторы ближнего ИК диапазона

1.1.1 Фотодетекторы на резком р-п переходе

1.1.2 Фотодетекторы на базе р-1-п перехода

1.1.3 Фотодетекторы на основе квантоворазмерных структур

1.2 Выбор полупроводниковых материалов для выращивания фоточувствительных гетероструктур

1.3 Методы получения гетероструктур для фотодетекторов ближнего инфракрасного диапазона

1.4 Обоснование выбора метода ионно-лучевого осаждения для получения исследуемых гетероструктур

1.5 Выводы к главе

Глава 2 Моделирование функциональных характеристик р-1-п 1пОаЛв/ОаЛв гетероструктур и наногетероструктур с квантовыми точками 1пЛб для фотодетекторов ближнего ИК диапазона

2.1 Моделирование функциональных характеристик р-1-п 1пОаЛв/ОаЛв гетероструктур

2.1.1 Входные данные модели

2.1.2 Математическая модель исследуемой структуры

2.2 Моделирование функциональных характеристик рВ-1пЛв/ОаЛв гетероструктур

2.2.1 Допущения и граничные условия, принятые при построении модели

2.2.2 Объекты моделирования

2.2.3 Математическая модель исследуемой структуры

2.3 Выводы по главе

68

Глава 3 Методы получения, исследования свойств, морфологии поверхности и функциональных характеристик гетероструктур для фотодетекторов ближнего ИК

3.1 Выращивание гетероструктур InGaAs/GaAs и QD-InAs/GaAs методом

3.1.1 Выращивание InGaAs/GaAsрч-п гетероструктур с активным / - слоем

3.1.2 Выращивание QD-InAs/GaAS наногетероструктур с барьером GaAs

3.1.3 Выращивание QD-InЛs/GaЛS наногетероструктур с барьером ЛlGaЛs

3.2 Измерение спектральных характеристик выращенных гетероструктур

3.2.1 Методика измерения спектральной зависимости внешнего квантового выхода

3.2.2 Измерение спектров фотолюминесценции

3.3 Исследование поверхности активных слоев InGaAs и QD-InAs выращенных методом ионно-лучевого осаждения

3.3.1 Методика исследования образцовр-1-п InGaЛs гетероструктур

3.3.2 Методика исследования образцов с массивом квантовых точек InAs

3.4 Измерение темновых вольтамперных характеристик

3.5 Выводы по главе

Глава 4 Результаты моделирования и исследования функциональных характеристик гетероструктур рч-п InGaAs/GaAs и QD-InAs/GaAs полученных методом ионно-лучевого осаждения

4.1 Исследование морфологии поверхности выращенных активных слоев

4.2 Моделирование распределения электрического поля в р-1-п гетероструктурах с InGaAs активным слоем

4.3 Исследование спектральных зависимостей внешнего квантового выхода гетероструктур

диапазона

69

ионно-лучевого осаждения

69

4.4 Исследование спектров фотолюминесценции РЭ ТпЛБ/ОаЛБ гетероструктур

4.5 Исследование темновых вольтамперных характеристик

4.6 Выводы по главе

Общие выводы по диссертационной работе

Список условных обозначений и сокращений

Список используемой литературы

Введение

Актуальность и степень разработанности темы исследования

Современные тенденции использования и совершенствования технологии изготовления фотодетекторов ближнего инфракрасного диапазона (900-1500 нм), в первую очередь, связаны с возможностью их применения в высокоскоростных волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС), датчиках ночного видения и датчиках атмосферных газов. Необходимость решения задач, связанных с потребностью детектирования инфракрасного излучения, сформировала большое количество методов и подходов к научной и технологической реализации соответствующих фотодетекторов на основе материалов III и V групп. Широкое применение получили такие материалы как: бинарные соединения InAs, InSb, сверхрешетки 2-го типа InAs/GaSb, более сложные соединения InGaAs/InP, InGaAs/GaAs, InAsSbP/InAs, InSb/InAs, фотоактивные наногетероструктуры с квантовыми точками и квантовыми ямами [1]. Также, ведутся работы с материалами II-VI групп (Hg1-xCdxTe, Hg1-xZnxTe, Hg1-xMnxTe) и с соединениями классических полупроводников Si, Ge [2].

Для эффективного преобразования излучения в ближней инфракрасной области необходимыми условиями являются быстродействие производимых структур, наличие минимальных шумов и высокая детектирующая способность. В данной работе, в качестве объектов исследования, выбраны p-i-n гетероструктуры на основе InGaAs/GaAs и структуры с квантовыми точками InAs на подложке GaAs. Обнаружительная способность p-i-n структур достигает значений

о 1 /л

3 10 см' Гц /Вт [3], при комнатной температуре. Максимальное быстродействие на уровне 2 мкс, при пиках интенсивности 1,3 мкм и 1,55 мкм. При введении массива квантовых точек, показатели детектирующей способности возрастают до

10 1/2

значений 10 см Гц при эквивалентной мощности шума 10- Вт. Максимальное быстродействие возрастает до 0,5-1 мкс при минимальных значениях плотности темнового тока 10- А/см [4].

Помимо электрофизических, существует еще и ряд технологических условий при создании структур для детектирования ближнего инфракрасного диапазона. Для р-1-п структур необходимо соблюдение двух взаимоисключающих условий. С одной стороны обеспечение максимальной толщины активного слоя для высокого значения фототока, с другой, обеспечение минимальной толщины для максимального быстродействия. Для структур с квантовыми точками необходимо технологически обеспечить плотность квантовых точек в слое не

10

менее 10 см-

С предстоящими технологическими задачами получения гетероструктур справляются методы молекулярно-лучевой и газофазной эпитаксии, и классические методы жидкофазной эпитаксии и зонной перекристаллизации градиентом температуры. Применение данных методов ограничивается постоянно возрастающей сложностью аппаратного обеспечения и дороговизной технологического процесса. В качестве альтернативы в данной работе предложен метод ионно-лучевого осаждения для получения высокоэффективных слоев и структур чувствительных в ближней ИК области [5]. Ранее данный метод применялся в основном для получения тонких слоев металлов и диэлектриков, однако, благодаря аппаратному совершенствованию и модификации технологических процессов, данным методом можно получать атомарно гладкие слои двух и трехкомпонентных материалов [6]. Технологическая оптимизация системы «мишень - подложка - ионный пучок», системы управляющих блоков и параметров процесса выращивания позволяет добиваться равномерного массопотока внутри ростовой камеры при постоянном контроле скорости осаждаемых слоев [7].

Объектами диссертационной работы являются гетероструктуры InGaЛs/GaЛs с активным слоем InGaЛs, и гетероструктуры InAs/GaAs с квантовыми точками InAs, чувствительные в ближней инфракрасной области. Предметом исследования являются метод получения гетероструктур, и их функциональные характеристики: фотолюминесценция, спектральная

зависимость внешнего квантового выхода и темновые вольтамперные характеристики.

Актуальность темы подтверждается выполнением диссертационной работы в соответствии с Приоритетным направлением развития науки, технологии и техники в Российской Федерации «Индустрия наносистем». Направление исследований диссертационной работы согласуется с Перечнем критических технологий Российской Федерации «Технологии наноустройств и микросистемной техники» из общего перечня критических технологий (согласно Указу Президента РФ от 07.07.2011 г. № 899).

Цели и задачи

Целью данной работы является выращивание гетероструктур InGaЛs/GaЛs с активным /-слоем и наногетероструктур с квантовыми точками InAs методом ионно-лучевого осаждения и исследование их функциональных характеристик.

Для достижения поставленной цели, необходимо решить следующие задачи:

1. разработать физико-технологические принципы создания р-1-п гетероструктур InGaЛs/GaЛs и наногетероструктур InЛs/GaЛs с квантовыми точками InAs на основе метода ионно-лучевого осаждения;

2. разработать математические модели и провести моделирование функциональных характеристик рч-п InGaAs/GaAs и QD-InAs/GaAs гетероструктур;

3. получить экспериментальные образцы рч-п InGaAs/GaAs и QD-InAs/GaAs гетероструктур и провести исследования их функциональных характеристик;

4. провести исследования влияния барьерных слоев GaAs и AlGaAs на функциональные характеристики наногетероструктур с квантовыми точками InAs.

Научная новизна

Научная новизна проделанной работы заключается в достижении следующих результатов:

• получены р-/-п InGaAs/GaAs гетероструктуры с концентрацией носителей ниже 1016 см-3 в /-слое чувствительные в диапазоне 1,1-1,7 мкм методом ионно-лучевого осаждения;

• на основе разработанной модели установлено и исследовано влияние концентрации носителей заряда в активном /-слое на распределение электрического поля и потенциала в р-/-п InGaAs/GaAs гетероструктуре для прогнозирования параметров процесса выращивания экспериментальных образцов и их функциональных характеристик;

• определены энергия ионов, плотность тока, скорость роста и температура

подложки в процессе ионно-лучевого осаждения в полупроводниковой матрице

10

ОаЛБ массива квантовых точек 1пЛб с плотностью ~ 10 см- ;

• показано, что использование тройного твердого раствора Л10,2Оао,8Лв в качестве барьерного слоя для квантовых точек 1пЛб уменьшает плотность темнового тока на два порядка при 300 К и увеличивает внешний квантовый выход квантовых точек до 17,6% в спектральном диапазоне 0,9-1,2 мкм.

Теоретическая и практическая значимость

Выражается следующей практической и теоретической полезностью результатов:

• разработаны физико-технологические принципы ионно-лучевого осаждения, позволяющие получать полупроводниковые р-/-п InGaAs/GaAs и QD-InAs/GaAs гетероструктуры, чувствительные в ближней инфракрасной области;

• разработан технологический процесс создания р-/-п 1пОаЛв/ОаЛв

О Л

гетероструктур, имеющих низкую плотность темнового тока 10- А/см при 300 К;

• разработан технологический процесс получения гетероструктур QD-InAs/GaAs с массивом квантовых точек 1пЛб, обладающих чувствительностью в спектральном диапазоне 0,9-1,2 мкм;

• разработаны компьютерные модели р-/-п InGaAs/GaAs гетероструктур и QD-InAs/GaAs наногетероструктур, позволяющие рассчитывать спектральные

характеристики (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013615008), темновые вольтамперные характеристики (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012614375) и исследовать влияние параметров активных слоев на функциональные характеристики гетероструктур;

• результаты диссертационного исследования использованы при разработке высокоэффективной и быстродействующей оптоэлектронной продукции на научно-производственном предприятии ООО НПФ «ЭКСИТОН», г. Ставрополь.

Методология и методы исследования

В качестве методов исследования использовались: компьютерное моделирование, атомно-силовая микроскопия, сканирующая электронная микроскопия, исследования спектральной зависимости внешнего квантового выхода, измерения темновых вольтамперных характеристик, измерения спектров фотолюминесценции.

Положения, выносимые на защиту

1. Распыление полупроводниковых мишеней InGaAs ионным пучком Ar+ с энергией 350 эВ, током пучка 20 мА, углом наклона мишень - ионный пучок 65°, давлением в ростовой камере 3 10-6 Па и скоростью роста 10 нм/с позволяет выращивать /-слои с концентрацией носителей заряда ниже 1016 см-3 в рч-п InGaЛs/GaAs гетероструктурах и обеспечивает в них плотность темнового тока до 10-10 А/см2 при 90 К и 10-8 А/см2 при 300 К.

2. Ионно-лучевое осаждение InAs с технологическими параметрами: энергия ионов аргона ЕАг = 180 эВ, ток ионного пучка 1Аг = 140 мкА, угол наклона источника к мишени - 55°, температура подложки 480 оС, скорость роста 0,7 нм/с,

давление в ростовой камере 3 10-6 Па позволяет выращивать на подложках GaAs

10

массивы квантовых точек InAs с плотностью до 10 см- , латеральными размерами менее 50 нм, что приводит к увеличению внешнего квантового выхода наногетероструктур QD-InAs/GaAs в диапазоне 0,9-1,2 мкм.

3. Применение в качестве барьерного закрывающего слоя Al0,2Gao,8As в наногетероструктурах QD-InAs/GaAs, вместо барьера GaAs, способствует

увеличению интенсивности пика фотолюминесценции квантовых точек InAs и его смещению в коротковолновую область на 30 нм.

4. Разработанные математические модели p-i-n InGaAs/GaAs гетероструктур и QD-InAs/GaAs наногетероструктур для исследования спектральных зависимостей внешнего квантового выхода, спектров фотолюминесценции и темновых вольтамперных характеристик.

Степень достоверности результатов

Положения, выносимые на защиту и выводы по работе, подтверждаются результатами численного моделирования в совокупности с экспериментальными результатами, согласующимися с другими научными источниками. Степень достоверности результатов определяется применением современных измерительных установок и приборов (а именно: сканирующий электронный микроскоп Quanta 200, атомно-силовой микроскоп Solver HV, комплекс для исследования спектральных характеристик гетероструктур, комплекс для измерения фотолюминесценции, измеритель иммитанса Е7-20, измеритель с ртутным зондом), публикациями в рецензируемых научных журналах и выступлениями на научных конференциях. Кроме того, полученные в диссертационной работе результаты были использованы при выполнении проекта в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» (соглашение о предоставлении субсидии № 14.576.21.0033, уникальный идентификатор RFMEFI57614X0033).

Личный вклад автора заключается в формулировании совместно с научным руководителем задач, целей исследования и научных положений, выносимых на защиту. Соискатель принимал непосредственное участие на всех этапах исследований, самостоятельно разработал физико-технологические принципы выращивания гетероструктур, провел экспериментальные исследования функциональных характеристик, обработку и интерпретацию экспериментальных данных, разработал компьютерные модели структур, а также получил основные научные результаты.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «ВЫРАЩИВАНИЕ ГЕТЕРОСТРУКТУР AIIIBV И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК»

Апробация работы

Результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Нанотехнология в электронике» в ЮРГПУ (НПИ), на всероссийской молодежной конференции «Физика полупроводников и наноструктур, полупроводниковая опто- и наноэлектроника» (ЮРГТУ (НПИ) 11-12 окт. 2012 г., Новочеркасск), 61-ой научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, науч. работников, аспирантов и студентов (ЮРГТУ (НПИ) 2012 г., Новочеркасск), региональной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых вузов Рост. обл. «Студенческая научная весна 2012», девятой ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр ЮНЦ РАН (11-24 апреля 2013 г. Ростов-на-Дону), третьем международном симпозиуме «Физика бессвинцовых пьезоактивных и родственных материалов» (LFPM-2014, 26 сентября 2014 г., Лоо), десятой ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр ЮНЦ РАН (14-29 апреля 2014 г. Ростов-на-Дону), четвертом международном симпозиуме «Физика бессвинцовых пьезоактивных и родственных материалов» (LFPM-2015, 2-6 сентября 2015 г., Туапсе), XXII международной конференции «Оптика и спектроскопия конденсированных сред» (18-24 сент. 2016 г., г. Краснодар).

Публикации

Результаты диссертационного исследования опубликованы в 13 научных работах общим объёмом 4,09 п. л., из них работ опубликованных в рецензируемых научных журналах (из перечня ВАК)-4, свидетельств на программы для ЭВМ-2 и 7 в сборниках трудов конференций.

Структура и объем диссертации

Работа состоит из введения, четырех глав основного текста, общих выводов, списка условных сокращений, списка литературы. Общий объем диссертационной работы 133 страницы, в том числе 39 рисунков, 5 таблиц. Список литературы представлен 119 наименованиями.

Глава 1 Свойства и конструкционные особенности структур для

фотодетекторов ИК диапазона

Началом развития фотодетекторов можно считать опыты Гершеля, который с помощью призмы и термометров показал возрастание температуры за границей видимого спектра в инфракрасной области. Инфракрасной областью спектра считается интервал 7,5 ■ 10-1-106 мкм. Первыми были тепловые детекторы, работающие на принципе изменения электрических свойств приёмной структуры за счет поглощенного теплового излучения (тепловые диоды, микроболометры, термопили, пироэлектрики). Основными преимуществами тепловых детекторов были простота конструкции, отсутствие колебаний спектральной чувствительности от состава излучения (рисунок 1), возможность работы при комнатной температуре без необходимости принудительного охлаждения [8]. Максимально достигнутый температурный эквивалент шума (МЕРЭ) тепловых детекторов составил 40-50 мК.

С 1975 года тепловые детекторы стали вытесняться фотонными. Фотодетекторы обладают меньшим значением МЕРЭ (10-20 мК), а главное, это значение не увеличивается с ростом апертурного числа. Фотодетекторы имеют ярко выраженную зависимость спектральной чувствительности от длины волны падающего излучения, хорошее соотношение между выдаваемым сигналом и шумом и высокую скорость отклика. На данный момент самые распространённые области применения ИК фотодетекторов, это:

• волоконно-оптические линии связи (зона ближнего ИК излучения, до 1,7 мкм);

• приборы ночного видения (детектирование длин волн до 10 мкм);

• датчики определения состава атмосферы;

• приборы идентификации газов в средней ИК области (метан, пропан, окись углерода);

• медицина (определение уровня глюкозы в крови).

Основной недостаток фотодетекторов заключается в низкой эффективности при комнатной температуре. Данные детекторы требуют постоянного принудительного охлаждения.

Рисунок 1. Спектральная чувствительность детекторов ИК излучения [8]

В данной главе будут рассмотрены основные характеристики фотонных детекторов для коротковолновой инфракрасной области спектра, представлены варианты конструкций, описаны основные материалы и соединения, а также методы их получения.

1.1 Фотодетекторы ближнего ИК диапазона

Ближней инфракрасной областью является область спектра до 2 мкм. Данная область представляет интерес для сенсоров волоконно-оптических линий связи со спектральным откликом 1,5 мкм и 1,7 мкм. К основным характеристикам фотодетекторов ближнего ИК диапазона относятся спектральная чувствительность, детектирующая (обнаружительная) способность, эквивалентная мощность шума и время отклика.

1. Спектральная чувствительность детектора.

Данная характеристика визуально представлена на рисунке 1. Показывает реакцию взаимодействия структуры с оптическим излучением. Определяется как по току, так и по напряжению:

где, Я - длина волны, к - постоянная Планка, с - скорость света, q - заряд электрона и у - фотоэлектрический шум.

Как видно из рисунка, у тепловых приемников не наблюдается зависимость спектральной чувствительности от длины волны падающего излучения, в то время как для фотодетекторов есть некоторая пороговая длина волны, после которой генерация носителей заряда невозможна. Для большинства детекторов технологические параметры позволяют получать значение квантового выхода близкое к 100%, следовательно, спектральная чувствительность структуры зависит в большей степени от шума. Если предположить, что усиление по току для фототока и шумового тока одинаково, тогда шумовой ток определяется следующим выражением:

где, g и г - поверхностные скорости генерации и рекомбинации носителей в

Характеристика, показывающая скорость реакции детектора на изменения интенсивности падающего излучения. Характеризуется временем от момента появления источника излучения до образования на выходе устойчивого сигнала.

При работе с высокочастотными (ВЧ) импульсами вводят понятие времени нарастания, для описания скорости отклика детектора. Время нарастания определяется как разница во времени между точкой, в которой детектор достиг 10% своей пиковой мощности и точкой, в которой он достиг 90% своей максимальной чувствительности при облучении очень коротким импульсом света.

Кроме параметров материала и конструкции фотодетектора время отклика зависит от сопротивления нагрузки в рабочей цепи. Существует компромисс при выборе сопротивления нагрузки связанный с отношением скорости отклика к чувствительности. Для малого времени отклика требуется низкое сопротивление

12 = 2д2у2( 8 + г)АГ

п

(2)

устройстве, ДГ - рабочий диапазон частот. 2. Время отклика

(не более 50 Ом), в то время как для высокого значения чувствительности требуется высокое значение сопротивления.

3. Эквивалентная мощность шума

Величина светового потока, которая на выходе из структуры вызывает сигнал (по току или напряжению в единичной полосе частот) равный величине собственного шума детектора (noise equivalent power - NEP). Единица измерения Вт/Гц1/2.

V I

NEP =—^ = —^ (3)

RAf RAf (3)

4. Обнаружительная и детектирующая способность

Обнаружительная способность детектора - это величина обратная

эквивалентной мощности шума.

D = — (4)

NEP v 7

Данная величина не дает объективного представления об оптимальном значении отношения сигнал/шум. Мощность шума зависит от площади поверхности фотодетектора (или площади концентратора инфракрасного излучения).

В этом случае вводят понятие детектирующей способности структуры (нормированная обнаружительная способность), наиболее важная и объективная характеристика фотодетектора. Данный параметр определяет нормированный сигнал к шуму, и чем выше его значение, тем эффективней работает детектор.

n* R,(ЛАТ2

D = л Y (5)

n

где, А - площадь концентратора инфракрасного излучения.

Используя уравнение для шумов по току (2), получим итоговое выражение для определения детектирующей способности ИК фотодетектора:

D* =■ Я?1

2 hc

A

g + г

N1/2

(6)

Откуда видно, что детектирующая способность зависит от поверхностной скорости генерации и рекомбинации на параметр площади оптической зоны детектора.

1.0 2.0 3 4 5 6 8 10 15 20 30 40

Длина волны, мкм

Рисунок 2. Зависимость детектирующей способности от спектра для различных

материалов [16]

На рисунке 2 представлены зависимости детектирующей способности различных материалов и соединений для ИК фотодетекторов ближнего и дальнего спектра. Стоит отметить, что приведенные значения справедливы только для температур до 90 К.

Работу фотодетекторов ограничивают фундаментальные процессы, связанные с шумами. Выделяют два вида шума, которые невозможно исключить из работы детектора.

Шум внешнего фотонного излучения (или фотонный шум).

Данный параметр не зависит от технологии изготовления или от выбора материала детектора. При детектировании суммируется излучение цели и

фоновое излучение. Это фундаментальное ограничение, связанное с физическим процессом детектирования излучения. Если выразить поток фонового излучения через , получим следующие выражения для шума и детектирующей способности [8]:

8 = г = ЛФвА (7)

Рп = 4д УФвГА¥ (8)

D

2ксФ

1/2

(9)

Из выражения (9) видно, что фоновое ограничение детектора (BLIP) определяется только потоком фонового излучения и не зависит от оптической области структуры.

Тепловой шум.

Наименьшее значение чувствительности фонового ограничения является основной конечной целью в развитии инфракрасных детекторов. Однако, в настоящих фотодетекторах, имеется еще одно ограничение, связанное с тепловой генерацией носителей за счет высокотемпературных режимов работы. О важности данного ограничения подробно написано в работах [8-10]. Рассмотрим модель идеального детектора с областью концентратора излучения, представленную на рисунке 3.

Рисунок 3. Модель идеального инфракрасного детектора [15]

При учете влияния термического шума получим:

в

г = Мей (11)

12 = 2д У(Я + в)А№ (12)

где, G и Я - объемные скорости генераций и рекомбинации соответственно, Ае - площадь поверхности детектора, d - толщина структуры.

Детектирующая способность с учетом ограничения связанного с тепловой генерацией (рекомбинацией) носителей определяется выражением (13)

D* 1

С A V/2

2 hc

4 л 1 (13)

V 4 у

d12 (G + R)12

Для увеличения чувствительности детектора необходимо:

А /

• увеличивать отношение % ;

• увеличить отношение квантового выхода к толщине детектора;

• минимизировать суммарное значение объемной рекомбинации и генерации.

При оптимизации толщины структуры необходимо учитывать, что отношения квантовой эффективности к толщине пропорционально коэффициенту поглощения а112. В работе [10] показано, что при благоприятных условиях проникновения инфракрасного излучения через детектор оптимальная толщина должна быть пропорциональна отношению 0,63/а . При этом оптимальное значение детектирующей способности при условии компромисса между высоким значением квантовой эффективности и низкой тепловой генерацией достигается при 76% квантовой эффективности.

Авторами C.T. Elliott, N.T. Gordon, et al. [11, 12] выделены три вида ограничений свойств детекторов инфракрасного излучения, связанные с природой происхождения шумов при детектировании:

• Фундаментальные. К ним относятся шум от фонового излучения (лечится экранированием структуры), шум фотонного сигнала

(невозможно исключить), шум фотонного гетеродина (невозможно исключить).

• Нефундаментальные. Тепловая Оже рекомбинация (исключается оптимальным подбором полупроводникового материала), внутренняя излучательная генерация (решается выбором конструкции детектора), излучательная генерация от соседних элементов (решается выбором конструкции детектора).

• Технологические. Тепловая генерация Шокли-Рида-Холла (решается улучшенной технологией получения и обработки материалов, позволяющая исключить подобные центры генерации), тепловая генерация на поверхности структуры и контактах (лечится улучшенной обработкой материалов), низкочастотный шум (необходима оптимизация технологии и работа при нулевом смещении), усилители шума (улучшение электронного интерфейса структуры).

Для изготовления фотодетекторов ближнего ИК диапазона используют двойные (1^Ь, InAs) и тройные (HgCdTe, InGaAs) растворы, классические полупроводники кремний и германий с добавлением примесей (мышьяк, галлий, олово, ртуть), сверхпроводящие полупроводниковые материалы, полупроводниковые квантоворазмерные структуры (сверхрешетки, квантовые ямы, квантовые точки). Наиболее изученными на данный момент и превосходящими по свойствам и характеристикам своих предшественников, являются материалы групп, такие как: бинарные соединения InAs,

сверхрешетки 2-го типа InAs/GaSb, более сложные соединения InGaAs/InP, InGaAs/GaAs, InAsSbP/InAs, InSb/InAs [13, 14]. На данный момент ведутся работы также с материалами П-Ш групп (Hg1_xCdxTe, ^^п^, ^^Ы^Те) и с соединениями классических полупроводников Si, Ge. На рисунке 2 показано, что максимальной детектирующей способностью обладают структуры на основе материалов групп. Помимо этого, данные материалы показывают

минимальные значения тепловой Оже рекомбинации [9], имеют высокую

эффективность, хорошее соотношение сигнал/шум и минимальное время отклика [15, 16, 17]. Соединения Ш-У групп имеют низкий температурный эквивалент

9 9

шума (порядка 1-2•Ю- К) по сравнению с соединениями 11-У1 групп (3-4•Ю- К).

13 1/2

Обнаружительная способность таких структур составляет 3-5 10 см. Гц/Вт.

Для охвата всех достижений в области создания и исследования фотодетекторов ближнего ИК диапазона условно разделим их на три группы: на основе р-«-перехода, на основе р-/-«-перехода и на основе наноразмерных гетероструктур. Ниже выполнен краткий аналитический обзор структур и их функциональных характеристик по каждой из группы.

1.1.1 Фотодетекторы на резком р-п переходе

Работа фотодетекторов на основе р-«-перехода основана на механизме внутреннего фотоэффекта. Фотоотклик определяется генерацией носителей заряда под действием поглощенного излучения. В большинстве своем данные фотодетекторы изготавливаются из кремния и германия и работают в оптическом диапазоне до 1,1 мкм. Данные материалы работают на прямых и непрямых оптических переходах, имеют хорошие показатели коэффициента поглощения и подвижности носителей заряда [18-20]. Работа типового р-« фотодиода показана на рисунке 4.

р ---------------------„__/г_ п

Рисунок 4. Оптические процессы в р-п-переходе

Фототок генерируется за счет ускорения неосновных носителей сильным электрическим полем по обеим сторонам перехода. Величина фототока зависит от концентрации носителей, толщины обедненной области перехода и диффузионной длины пробега носителей в активных областях, так как генерация происходит в малой обедненной области и на расстоянии диффузионной длины от обедненной области. В классических р-п фотодиодах р-слой имеет толщину много меньше длины свободного пробега носителей заряда, чтобы падающее излучение поглощалось п-слоем. Поэтому быстродействие фотодиода определяется временем жизни неосновных носителей заряда.

Ниже, в таблице 1, приведены основные полупроводниковые материалы, подходящие по своим параметрам для р-п фотодетекторов ближнего инфракрасного диапазона.

Таблица 1. Материалы, подходящие для р-п фотодетекторов

Материал & Ge № GaAs

, эВ 1,120 0,660 1,350 1,420

Л, мкм 1,107 1,879 0,919 0,873

Применение фотодиодов на основе р-п перехода в волоконно-оптических линиях связи, ограничивается двумя параметрами. Во-первых, обедненная носителями заряда область является малой частью всего объема структуры, и часть поглощенного излучения не вызывает генерацию тока во внешнем контуре цепи. Образовавшиеся при этом пары «электрон-дырка» рекомбинируют в области сильного электрического поля. Чтобы сгенерировать ток определенной силы, необходим мощный источник излучения. Во-вторых, малое быстродействие, обусловленное медленной диффузией, которая уменьшает время отклика структуры, делает ее непригодной для практических применений. Этот факт позволяет использовать фотодиод только в килогерцовом диапазоне частот.

В работе [19] авторы отмечают получение опытного образца кремниевого фотодетектора с рабочим диапазоном до 1 мкм и спектральной чувствительностью 0,6 А/Вт. Эффективность полученного образца не превышала

3%. При работе на килогерцовых частотах наблюдался уровень шума в 20 дБ. Значение темнового тока при температуре 12 оС составило порядка 5 -10-7 А.

Относительно недавние работы японской компании Hamamatsu позволили получить промышленные образцы кремниевых фотодетекторов с увеличенным рабочим оптическим интервалом (до 1,2 мкм). Образцы имели низкое значение

19 1/9

порогового шума (NEP порядка 10" Вт/Гц при температуре 300 К) и значение фототока порядка 10-4 А (при комнатной температуре). При повышении шунтирующего сопротивления в цепи, значение эквивалентной мощности шума линейно понижается [20]. На частоте 104 Гц структуры давали шум выходного сигнала 15 дБ и шум по выходному напряжению 0,5 -104 В/Гц1/2.

Образцы, полученные в [18] методом локальной диффузии из газовой фазы, имели показатели чувствительности в ИК диапазоне 0,6-0,78 А/Вт. Обладая высоким рабочим температурным диапазоном (от -55 оС до 125 оС) показатели темнового тока были не ниже 300 нА (при комнатной температуре).

Авторы в работе [21] показали применение ^-«-структур на основе кремния и структур с барьером Шоттки в качестве детекторов для ближнего и среднего инфракрасного излучения. Достигаемое значение квантового выхода кремниевых ^-«-фотодиодов не превышает 0,6 А/Вт. Следовательно, один поглощенный фотон способен сгенерировать пару носителей заряда с вероятностью 50-60%.

Кремний-германиевые фотодетекторы обладают лучшими характеристиками в длинноволновой области ближнего ИК диапазона за счет меньшей ширины запрещенной зоны. Полученная в [22] методом осаждения из газовой фазы структура Ge/Si показала высокий уровень оптического поглощения на длине волны 1,6 мкм. Благодаря лазерному селективному отжигу слоя германия удалось уменьшить влияние несоответствия кристаллических решеток Ge и Si за счет уменьшения плотности пронизывающих дислокаций. Темновой

л

ток до момента отжига составил 51,3 ± 0,7 мА/см , после процесса отжига 20,4 ± 1,7 мА/см2.

В работе [23] удалось достичь значения плотности тока утечки на уровне

12 2

теоретического ограничения для германия (порядка 10" А/мкм). Авторы

считают, что такое значение тока утечки удалось достичь благодаря совмещенному низкотемпературному отжигу и эксимерному лазерному отжигу. Структура показала довольно высокую чувствительность 0,45 А/Вт на длине волны 1,55 мкм.

Авторами работ [24-26] в качестве фоточувствительных материалов для фотодетекторов инфракрасной области применялись четверные твердые растворы InGaAsP на подложке фосфида индия полученные методом зонной перекристаллизации градиентом температуры (ЗПГТ). Структура представляет собой р-п фотодиод на основе эпитаксиальных слоев In1-xGaxAsyP1-y. Диапазон максимального значения спектральной чувствительности структуры находился в пределах 1,05-1,07 мкм и составлял 0,43-0,47 А/Вт. Исследования темновых ВАХ показали минимально достигнутое значение плотности темнового тока порядка

5 2

4 10- А/см . Авторы поясняют такое значение преобладанием генерационно-рекомбинационной составляющей темнового тока и отсутствием утечки на границах раздела диэлектрик-полупроводник. Величина фотоотклика структуры составляла 10 ± 5 нс.

Учитывая сделанный выше анализ можно сказать, что обладая вполне хорошими функциональными характеристиками, фотодетекторы на р-п-переходе имеют малую эффективность и чувствительность в ближней инфракрасной области. Значения темнового тока данных структур на 2-3 порядка выше, чем у р-1-п фотодетекторов из аналогичных материалов. Невысокое время отклика (10 нс и более) не позволяет обеспечить хороший уровень быстродействия. Касательно области ближнего ИК спектра данные структуры проигрывают более современным р-/-п-структурам и структурам, содержащим нанообъекты в своем составе, как по рабочим характеристикам, так и по чувствительности в активной рабочей области.

1.1.2 Фотодетекторы на базе р4-п перехода

Лучшими по функциональным характеристикам оказались фотодетекторы на р-/-п-переходе. Данные структуры перекрывают диапазон длин волн 1-1,7 мкм

13 1/2

и дают значение детектирующей способности порядка 10 см- Гц /Вт при комнатной температуре [15-17, 27-29]. При термоэлектрическом охлаждении обнаружительная способность возрастает до 10 см- Гц1/2/Вт (при 195 К). Данные типы детекторов изготавливаются на основе кремния и германия, материалов третьей и пятой групп и их растворов (бинарные соединения InAs, InSb, сверхрешетки 2-го типа InAs/GaSb, соединения InGaAs/InP, InGaAs/GaAs, InAsSbP/InAs, InSb/InAs), материалов второй и шестой групп (Hg1-xCdxTe, Hg1-xZnxTe, Hg1-xMnxTe). Активная /-область располагается между положительно заряженными p и n областями. Наиболее интересными является соединение с активным /-слоем InGaAs потому, что данные соединения обладают максимально удачным соотношением сигнал/шум, имеют низкую плотность темнового тока, маленький уровень фотонного шума и максимальное быстродействием по сравнению с конкурирующими соединениями. Использование InGaAs в качестве активного слоя обусловлено двумя причинами: во-первых, данный материал является прямозонным с высоким значением подвижности носителей заряда, во-вторых, его коэффициент поглощения в области ближнего ИК диапазона составляет порядка 3^6-104 см-1 [30, 31]. Также на одном уровне с соединениями III-V групп используют соединения Si/Ge. Фотодетекторы с активным слоем германия обладают хорошими рабочими характеристиками на высоких частотах, однако значение темнового тока в них на несколько порядков больше, чем у соединений третей и пятой групп.

Наряду с положительными свойствами p-/-n гетероструктур есть и недостатки, ограничивающие выбор размера активной области фотодетектора. С одной стороны активная /-область должна быть достаточно большой для достижения максимального значения фототока, с другой стороны она должна обеспечивать максимальное быстродействие, вследствие чего ее ширину необходимо уменьшать. Задача подбора оптимальной толщины активной области фотодетектора является весьма актуальной для технологов и в настоящее время. Схематично p-/-n структура и ее зонная диаграмма представлены на рисунке 5.

ваАв р + ОаАв п +

о о

Рисунок 5. Схематическое изображение р-1-п фотодетектора и его зонная диаграмма

Из-за низкой плотности свободных носителей в /-области и её высокого удельного сопротивления, при приложенном обратном смещении она оказывается

11 12 3

полностью обедненной. При концентрации носителей заряда 10-1012 см достаточно небольшого смещения 2,5-5 В, чтобы полностью истощить активный / - слой. При этом дрейфовая скорость электронов достигнет максимума (скорости насыщения) 1,4 -104 м/с [31]

В технологии используют два типа р-/-п фотодетекторов: освещаемый со стороны верхнего проводящего контакта и освещаемый через заднюю сторону. В первом случае активная область детектора сводится к области окна поглощаемого излучения. Во втором случае со стороны нижнего контакта протравливают часть подложки. Максимальное поглощение достигается при подаче освещения под некоторым углом за счет многократного отражения внутри самой структуры.

В зависимости от требований чувствительности и скорости отклика ширина обедненной области p-/-n фотодетектора может меняться. Для высокой скорости отклика истощенный слой должен быть небольшим, а для высокой чувствительности наоборот достаточно широким. Скорость отклика p-/-n структуры ограничивается временем прохождения через активный слой сгенерированных фотонами носителей заряда, а также временной константой зависящей от параметров схемы подключения.

Исходя из области применения, выбирается материал для p-Z-n-фотодетектора. По данным [32] был получен опытный образец Ge фотодетектора на кремниевой подложке. Структура изготавливалась с использованием процессов и операций, совместимых со стандартной кремниевой КМОП технологией. Измерения спектральной зависимости образцов показали значения чувствительности 0,55, 0,68, 0,87, 0,56 и 0,11 А/Вт для длин волн 850, 980, 1310, 1550 и 1605 нм соответственно. Пропускная способность для 1080 нм при частоте 8,5 Ггц составила 3 дБ, что делает возможным применение структур в волоконных линиях передачи данных через Интернет. Недостатком образцов является большое тепловыделение, негативно сказывающееся на металлических межсоединениях.

В работе [33] исследованы характеристики p-Z-n-фотодетектора на основе кремния, полученного методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Структура работает на мегагерцовых частотах и показывает относительно высокие рабочие параметры. Однако уступает соединениям на основе материалов III-V групп по чувствительности и рабочим температурам.

Проведя обзор работ по получению и исследованию p-/-n Si/Ge фотодетекторов, можно сделать вывод о том, что данные структуры достигли максимума своих функциональных характеристик и уступили место структурам на основе материалов III-V групп. Результаты обзора приведены в таблице 2.

Таблица 2. Обзор работ по p-i-n Si/Ge фотодетекторам

Я, мкм Чувствите льность, А/Вт Темновой ток, мкА Рабочая частота, Ггц Напряжение смещения, В Авторы работ

1,3 0,13 0,2 2,3 -3 S. Samavedam, 1998 [33]

1,55 0,33 12 ~0,4 -4 L. Colace, 2000 [34]

1,55 0,75 0,14 2,5 -1 S. Fama, 2002 [35]

1,55 0,035 0,31 38,9 -2 M. Jutzi, 2005 [36]

1,55 0,56 0,79 8,5 -1 J. Liu, 2005 [37]

1,55 — 0,075 39 -2 M. Oehme, 2006 [38]

1,3 0,45 0,20 8,8 -2 M. Morse, 2006 [39]

1,55 0,28 0,57 17 -10 Z. Huang, 2006 [40]

1,55 0,20 ~10 10 -1 L. Colace, 2006 [41]

1,55 0,037 0,035 15 -1 T. Loh, 2007 [42]

1,55 1,0 ~0.1 49 -2 S. Klinger, 2009 [43]

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Блохин Эдуард Евгеньевич, 2017 год

Список используемой литературы

1. Kinch, M.A. Fundamental Physics of Infrared Detector Materials / M.A. Kinch // Journal of Electronic Materials. - 2000. - Vol. 29. - № 6. - P. 809-826

2. Gumenjuk-Sichevska, J. V. Infrared photodetectors based on the system «Hg1-xCdxTe photodiode — direct-injection readout circuit» / J. V. Gumenjuk-Sichevska, D. D. Karnaushenko, I. I. Lee, V. G. Polovinkin // Opto-Electronics Review. - 2011. - Vol.19. - № 2. - P. 198-205.

3. Stier, O. Electronic and optical properties of strained quantum dots modeled by 8-band kp theory / O. Stier, M. Grundmann, D. Bimberg // Phys. Rev. B. -1999. - Vol. 59. - № 8. - P. 5688-5701.

4. Jiang, Wu. Strong interband transitions in InAs quantum dots solar cell / Wu. Jiang, Y. F. M. Makableh, R. Vasan, M. O. Manasreh, B. Liang, C. J. Reyner, and D. L. Huffaker // Appl. Phys. Lett. - 2012. - Vol. 100. - P. 051907 (1-4)

5. Coburn, J. W. The influence of ion sputtering on the elemental analysis of solid surfaces / J. W. Coburn // Thin Solid Films. - 1979. - Vol. 64. - № 371

6. Pickering, H. W. Ion sputtering of alloys / H. W. Pickering, J. Vuc. // Sci. Technol. - 1976. - Vol. 13. - № 618

7. Bohdamky, J. An analytical formula and important parameters for low energy ion sputtering. / J. Bohdamky, Roth J., Bay H. L. // J. Appl. fhvs. - 1980. Vol. 52. - № 2861

8. Elliott, C.T. In Handbook on Semiconductors. Infrared Detectors / C.T. Elliott, N.T. Gordon; edited by C. Hilsum.-North-Holland: Amsterdam, 1993. - 841936 p.

9. Piotrowski, J. High-Operating-Temperature Infrared Photodetectors / J. Piotrowski, A. Rogalski.-Bellingham: SPIE Press, 2007. - 117 p.

10. Piotrowski, J. Improved performance of IR photodetectors with 3D gap engineering / J. Piotrowski, M. Razeghi // Proc. SPIE 2397. - 1995. - P. 180-192.

11. Piotrowski, J. Ultimate performance of infrared photodetectors and figure of merit of detector material / J. Piotrowski, W. Gawron // Infrared Phys. Technol. -2000. - № 38. - P. 63-68.

12. Elliott, T. Towards background-limited, room-temperature, infrared photon detectors in the 3-13 цт wavelength range / T. Elliott, N.T. Gordon, A.M. White // Appl. Phys. Lett. - 1999. - № 74. - P. 2881-2883.

13. Чеботарев, С.Н. Наноструктуры AIVBIV и AIIIBV для устройств оптоэлектроники / С.Н. Чеботарев, М.Л. Лунина, Д.Л. Алфимова. - Ростов н/Д: Изд-во ЮНЦ РАН, 2014. - 275 с.

14. Чеботарев, С.Н. Полупроводниковые наногетероструктуры с промежуточной подзоной / С.Н. Чеботарев, В.В. Калинчук, Л.С. Лунин. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2016. - 192 с.

15. Norton, P. Third-generation sensors for night vision / P. Norton, J. Campbell, S. Horn, D. Reago // Opto-Electronics Review. - 2000. - Vol. 14. - № 1. -P. 226.

16. Nedelcu, A. Research topics at Tales Research and Technology: Small pixels and third generation applications / A. Nedelcu, E. Costard, P. Bois, X. Marcadet // Infrared Phys. Technol. - 2007. - № 50. - P. 227-233.

17. Gunapala, S. D. In Handbook of Infrared Detection Technologies / S. D. Gunapala, S. V. Bandara; edited by M. Henini and M. Razeghi.-Oxford: Elsevier, 2002.

- P. 83-119.

18. Гольдберг, Ю.А. Температурная зависимость квантовой эффективности кремниевых p-n фотоприемников / Ю.А. Гольдберг, В.В. Забродский, О.И. Оболенский, Т.В. Петелина, В.Л. Суханов // Физика и техника полупроводников. - 1999. - Том 33. - Вып. 3. - С. 344-346.

19. Bogaerts, W. Basic structures for photonic integrated circuits in Silicon-on-insulator / W. Bogaerts, D. Taillaert, B. Luyssaert, P. Dumon, J. Van Campenhout, P. Bienstman, D. Van Thourhout and R. Baets // Optics Express. - 2004. - Vol. 12. - № 8.

- P.1583-1591.

20. Hamamatsu Photonics K.K. Opto-semiconductor: Chapter 02 Si photodiodes. - Japan, 2014. - 3-17 р.

21. Kozlowski, L. J. Performance of HgCdTe, InGaAs and quantum well GaAs/AlGaAs staring infrared focal plane arrays / L. J. Kozlowski, K. Vural, J. M. Arias // Proc. SPIE 3182. - 1997. - P. 2-13.

22. Kawamata, Y. Post-Growth Laser Annealing for High-Performance Ge Photodiodes on Si / Y. Kawamata, S. Nagatomo // ECS and SMEQ Joint International Meeting. - 2014.

23. Chen, W. High-Performance Ge p-n Photodiode Achieved With Preannealing and Excimer Laser Annealing / W. Chen, Li Cheng, Wei Jiangbin // IEEE Photonics technology letters. - 2015. - Vol. 27. - № 14. - P. 1-6.

24. Лозовский, В.Н. Селективные фотоприемники на основе гетероструктур GaInAsP-InP, полученные из жидкой фазы в поле температурного градиента / В.Н. Лозовский, Л.С. Лунин, В.И. Ратушный // Электронная техника. Сер. Материалы. - 1991. - Вып. 3. - С. 54-58.

25. Lunin, L.S. Photoreceivers on the basis of multi component firm solutions received on InP from liquid phase in the field of temperature gradient / L.S. Lunin, V.I. Ratushny // 4th International Conference on Intermolecular Interaction in Matter / Gdansk, Poland.-Gdansk., 1997. - 35 р.

26. Lunin, L.S. Selected photoreceivers on the basis of multicomponent firm solutions received on InP from liquid phase in the field of temperature gradient / L.S. Lunin, V.I. Ratushny, V.F. Kataev // The Third International Conference on Low Dimensional Structures and Devices / Antalya, Turkey.-Antalya: LDS'99, 1999. - 015 р.

27. Malyshev, S. P-i-n photodiodes for optical control of microwave circuits / S. Malyshev, A. Chizh // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. -2004. - Vol. 10, №4. - P. 679-685.

28. Андриевский, В.Ф. Оптимизация оптического согласования в фотодиодном модуле для волоконно-оптических линий связи / В.Ф. Андриевский, С.А. Малышев, А.Л. Чиж // Оптический журнал. - 2000, №8. - С. 41-45.

29. Малышев, С.А. Высокоскоростные фотодиоды на основе соединений для волоконно-оптических линий связи / С.А. Малышев, А.Л. Чиж //

Известия Вузов РФ. Северо-Кавказский регион. Серия технические науки. - 2002. - Специальный выпуск - С. 5-22.

30. Sanchez, T.G. Electron Transport in InP under High Electric Field Conditions / T.G. Sanchez, J.E.V. Perez // Semiconductor Science and Technology. -1992. - Vol. 7. - № 1. - P. 31-36.

31. Lin, C.F. Optical components for communications principles and applications / C.F. Lin. - Berlin: Springer, 2004. - 278 р.

32. Jifeng, Liu. High-performance, tensile-strained Ge p-i-n photodetectors on a Si platform / Liu Jifeng, Jurgen Michel, Wojciech Giziewicz, Dong Pan, Kazumi Wada, D. Cannon Douglas, Samerkhae Jongthammanurak, T. Danielson David, C. Kimerling Lionel // Applied physics letters. - 2005. - № 87. - P. 103501 (1-3).

33. Samavedam, S. B. High-quality germanium photodiodes integrated on silicon substrates using optimized relaxed graded buffers / S. B. Samavedam, M. T. Currie, T. A. Langdo, and E. A. Fitzgerald // Appl. Phys. Lett. - 1998. - Vol. 73. - № 15. - P. 2125-2127.

34. Koester, S. J. Germanium-on-SOI infrared detectors for integrated photonic applications / S. J. Koester, J. D. Schaub, G. Dehlinger, and J. O. Chu // IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron. - 2006. - Vol. 12. - № 6. - P. 1489.

35. Fama, S. High performance germanium-on-silicon detectors for optical communications / S. Fama, L. Colace, G. Masini, G. Assanto, and H. C. Luan // Appl. Phys. Lett. - 2002. - Vol. 81. - P. 586-588.

36. Ang, K. Novel silicon-carbon (Si: C) Schottky barrier enhancement layer for dark-current suppression in Ge-on-SOI MSM photodetectors / K. Ang, S. Zhu, J.

Wang, K. Chua, M. Yu, G. Lo, D. Kwong // IEEE Electron. Dev. Lett. - 2008. - Vol. 29. - P. 704-707.

37. Liu, J. High-performance, tensile-strained Ge p-i-n photodetectors on a Si platform / J. Liu, J. Michel, W. Giziewicz, D. Pan, K. Wada, D. D. Cannon, S. Jongthammanurak, D. T. Danielson, L. C. Kimerling, J. Chen, F. O. Ilday, F. X. Kartner, J. Yasaitis // Appl. Phys. Lett. - 2005. - Vol. 87. - P. 103501.

38. Oehme, M. High bandwidth Ge p-i-n photodetector integrated on Si / M. Oehme, J. Werner, E. Kasper, M. Jutzi, M. Berroth // Appl. Phys. Lett. - 2006. - Vol. 89. - P. 071117.

39. Morse, M. Performance of Ge-on-Si p-i-n photodetectors for standard receiver modules / M. Morse, O. Dosunmu, G. Sarid, and Y. Chetrit // IEEE Photon. Tech. Lett. - 2006. - Vol. 18. - P. 2442-2444.

40. Huang, Z. 21-GHz-bandwidth germanium-on-silicon photodiode using thin SiGe buffer layers / Z. Huang, N. Kong, X. Guo, M. Liu, N. Duan, A. L. Beck, S. K. Banerjee, and J. C. Campbell // IEEE J. Sel. Top. Quant. Electron. - 2006. - Vol. 12. -P. 1450-1454.

41. Colace, L. Ge on Si p-i-n photodiodes operating at 10 Gbit/s / L. Colace, M. Balbi, G. Masini, G. Assanto, H. C. Luan, L. C. Kimerling // Appl. Phys. Lett. -2006. - Vol. 88. - № 10. - P. 101111.

42. Loh, T. H. Selective epitaxial germanium on silicon-on-insulator high speed photodetectors using low-temperature ultrathin Si0.8Ge0.2 buffer / T. H. Loh, H. S. Nguyen, R. Murthy, M. B. Yu, W. Y. Loh, G. Q. Lo, N. Balasubramanian, D. L. Kwong, J. Wang and S. J. Lee // Appl. Phys. Lett. - 2007. - Vol. 91. - P. 073503.

43. Klinger, S. Ge-on-Si p-i-n photodiodes with a 3-dB bandwidth of 49 GHz / S. Klinger, M. Berroth, M. Kaschel, M. Oehme, and E. Kasper // IEEE Photon. Technol. Lett. - 2009. - Vol. 21. - № 13. - P. 920-922.

44. Suh, D. 36-GHz high-responsivity Ge photodetectors grown by RPCVD / D. Suh, S. Kim, J. Joo, and G. Kim // IEEE Photon. Technol. Lett. - 2009. - Vol. 21. -№ 13. - P. 672-674.

45. Bazalevsky, M.A. Photosensitive AlGaAs/GaAs Structures Grown by Molecular Beam Epitaxy / M.A. Bazalevsky, G.I. Koltsov, S.I. Didenko // Journal of nano- and electronic physics. - 2014. - Vol. 6. - № 3. - P. 03019.

46. Bora, M. Onat. Ultra-Low Dark Current InGaAs Technology for Focal Plane Arrays for Low-Light Level Visible-Shortwave Infrared Imaging / M. Bora, Wei Huang, Navneet Masaun, Michael Lange, Martin H. Ettenberg, and Christopher Dries // International Society for Optical Engineering. - 2007. - Vol. 6542. - № 65420L-1. - P. 1-9.

47. Boisvert, J. Performance of very low dark current SWIR PIN arrays / J. Boisvert, T. Isshiki, R. Sudharsanan, P. Yuan, P. Mc Donald // Proceedings of SPIE. -2008. - Vol. 6940. - P. 1-9.

48. Wen-qin, Cheng. Photoluminescence from InAs quantum dots on GaAs (100) / Wen-qin Cheng, Xiao-gang Xie, Zhen Yang Zhong, Li-hong Cai, Qi Huang, Jun-ming Zhou // Published by Elsevier. - 1996. - Vol. 312. - № 1-2. - P. 287-290.

49. Xu, S. J. Characteristics of InGaAs quantum dot infrared photodetectors / S. J. Xu, S. J. Chua, T. Mei, X. C. Wang, X. H. Zhang, and G. Karunasiri // APPLIED PHYSICS LETTERS. - 1998. - Vol. 73. - № 21. - P. 3153-3155.

50. Brandon, S. Room Temperature Near-Infrared Photoresponse Based on Interband Transitions in In0.35Ga0.65As Multiple Quantum Dot Photodetector / S. Brandon, Jiang Wu, M. O. Manasreh, Vasyl P. Kunets, P. M. Lytvyn, G. J. Salamo // IEEE Electron device letters. - 2008. - Vol. 29. - № 3. - P. 224-227.

51. Jiang, Wu. Intersubband Transitions in Quantum Wells Infrared Photodetector / Wu Jiang, P. Brandon, M. Omar // IEEE Region 5 Technical Conference. - 2007. - Vol. 7. - P. 49-52.

52. Антонов, А.В. Фотопроводимость структур InAs/GaAs с нанокластерами InAs в ближнем инфракрасном диапазоне / А.В. Антонов, Н.В. Востоков, М.Н. Дроздов, Л.Д. Молдавская В.И. Шашкин, О.И. Хрыкин, А.Н. Яблонский // Физика и техника полупроводников. - 2010. - Т. 44. - Вып. 1 1. - С. 1511-1513.

53. Карпович, И.А. Управление энергетическим спектром квантовых точек InAs/GaAs изменением толщины и состава тонкого двойного покровного слоя GaAs/InGaAs / И.А. Карпович, Б.Н.Звонков, С.Б.Левичев, Н.В.Байдусь, С.В.Тихов, Д.О. Филатов, А.П. Горшков, С.Ю. Ермаков // Физика и техника полупроводников. - 2004. - Т. 38. - Вып. 4. - С. 448-454.

54. S.Y. Wang. High performance InAs/GaAs quantum dot infrared photodetectors with AlGaAs current blocking layer / S.D. Lin, H.W.Wu, C.P.Lee // Infrared Physics & Technology. - 2001. - Vol. 42. - P. 473-477.

55. Zhengmao, Y. High-Performance InAs/GaAs Quantum Dots Infrared Photodetector With/Without Al02Gao.8As Blocking Layers / Zhengmao Ye, C. Campbell Joe // Materials Research Society. - 2002. - Vol. 692. - P. 461-466.

56. Wang, S. Y. Low dark current quantum-dot infrared photodetectors with an AlGaAs current blocking layer / S. Y. Wang, S. D. Lin, H. W. Wu, and C. P. Lee // Applied physics letters. - 2001. - Vol. 78. - № 8. - P. 1023-1025.

57. Malyshev, S. InGaAs/InP p-i-n photodiodes as efficient microwave generators / S. Malyshev, A. Chizh, Y. Vasileuski // Proceedings of EuMA. - 2007. -Vol. 3, №3. - P. 235-241.

58. Malyshev, S. High-power InGaAs/InP partially depleted absorber photodiodes for microwave generation / S. Malyshev, A. Chizh, Y. Vasileuski // Journal of Lightwave Technology. - 2008. - Vol. 26, №15. - P. 2732-2739.

59. Nozik, A. J. Quantum dot solar cells / A. J. Nozik // Physica E. -2002. - Vol. 14. - № 1-2. - P. 115-120.

60. Арутюнян, B.M. Фотодетекторы среднего инфракрасного диапазона на основе четырехкомпонентных InAsSbP наноструктур / B.M. Арутюнян, K.M. Гамбарян, В.Г. Арутюнян, И.Г. Арутюнян, M.C. Казарян // Известия НАН Армении, Физика. - 2012. - Т.47. - № 3. - C. 193-200.

61. Gambaryan, K.M. E.P.O' Reilly Proc. / K.M. Gambaryan, V.M. Aroutiounian, V.G. Harutyunyan, O. Marquardt // Villa Conference on Energy, Materials and Nanotechnology (VCEMN-2011). - 2011. - P. 260.

62. Hugh, O. Pierson. Handbook of chemical vapor deposition / Hugh O. Pierson. - 2nd ed. - Norwich, New York, U.S.A: Noyes Publications, 1999. - 15-36 р.

63. Гусев, А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / А. И. Гусев. - 2-е изд., испр. и доп. - Москва: Наука-Физматлит, 2007. - 158 с.

64. Антонов, А.В. Гетероструктуры InGaAs/GaAs с квантовыми точками для инфракрасных фотоприемников диапазона 3-5мкм / А.В. Антонов, Д.М. Гапонова, В.М. Данильцев, М.Н. Дроздов, Л.Д. Молдавская // Физика и техника полупроводников. - 2005. - Т. 39. - Вып. 1. - С. 96-99.

65. Молдавская, Л.Д. Сэндвич-структура InGaAs/GaAs с квантовыми точками для инфракрасных фотоприемников / Л.Д. Молдавская, Н.В.Востоков, Д.М.Гапонова, В.М.Данильцев, М.Н. Дроздов, Ю.Н. Дроздов, В.И. Шашкин // Физика и техника полупроводников. - 2008. - Т. 42. - Вып. 1. - С. 101-105.

66. Антонов, А.В. Фотопроводимость структур InAs/GaAs с нанокластерами InAs в ближнем инфракрасном диапазоне / А.В. Антонов, Н.В. Востоков, М.Н. Дроздов, Л.Д. Молдавская, В.И. Шашкин, О.И. Хрыкин, А.Н. Яблонский // Физика и техника полупроводников. - 2010. - Т. 44. - Вып. 11. - С. 1511-1513.

67. Карпович, И.А. Управление энергетическим спектром квантовых точек InAs/GaAs изменением толщины и состава тонкого двойного покровного слоя GaAs/InGaAs / И.А. Карпович, Б.Н.Звонков, С.Б.Левичев, Н.В.Байдусь, С.В.Тихов, Д.О. Филатов, А.П. Горшков, С.Ю. Ермаков // Физика и техника полупроводников. - 2004. - Т. 38. - Вып. 4. - С. 448-454.

68. Воробьев, Л.Е. Оптические явления в гетероструктурах InAs/GaAs с легированными квантовыми точками и искусственными молекулами / Л.Е. Воробьев, В.Ю. Паневин, Н.К. Федосов, Д.А. Фирсов, В.А. Шалыгин // Физика и техника полупроводников. - 2005. - Т. 39. - Вып. 1. - С. 59-62.

69. Блохин, С.А. Фотоэлектрические преобразователи AlGaAs/GaAs с массивом квантовых точек InGaAs / С.А. Блохин, А.В. Сахаров, А.М. Надточий,

А.С. Паюсов, М.В. Максимов // Физика и техника полупроводников. - 2009. - Т. 43. - Вып. 4. - С. 537-542.

70. Morishita, Y. Molecular-beam epitaxy of InAs on GaAs substrates with hole arrays patterned by focused ion beam / Y. Morishita, M. Ishiguro, S. Miura, Y. Enmei // Journal of Crystal Growth. - 2002. - Vol. 237. - № 239. - P. 1291-1295.

71. Yong-gang, Zhang. Gas Source MBE Grown Wavelength Extending InGaAs Photodetectors / Yong-gang Zhang, Yi Gu // Advances in Photodiodes. - 2011.

- P. 349-376.

72. Лозовский, В.Н. Зонная перекристаллизация градиентом температуры полупроводниковых материалов / В.Н. Лозовский, Л.С. Лунин, В.П. Попов.- М.: Металлургия, 1987. - 232 с.

73. Дорошенко, В.Г. / В.Г. Дорошенко, М.Б. Закс, В.А. Калашьян // Гелиотехника. - 1979. - № 4. - С. 14-18.

74. Warner, R. M. A horizontal monolithic series- array solar battery employing thermomigration / R. M. Warner, A. C. Norskog // J. Appl. Phys. - 1981. -Vol. 52. - P. 1552-1556.

75. Тезисы докладов III Всесоюзной конференции по физическим процессам в полупроводниковых гетероструктурах / Одесса, 1982. - 164-165 с.

76. Kaufman, H. R. Technology of electron-bombardment ion thrusters / H. R. Kaufman // Ah. Electron. Electron Phys. - 1974. - Vol. 36. - P. 265.

77. Reader, P. D. Optimization of an electron-bombardment ion source for ion machining applications / P. D. Reader, H. R. Kaufman // J. Vuc. Sci. Technol. - 1975.

- Vol. 12. - P. 1344.

78. Joseph, E. Greene. Epitaxial crystal growth by sputter deposition: Applications to semiconductors. Part I. Department of Metallurgy / E. Greene Joseph.-Coordinated Science Laboratory Materials Research Laboratory, Urbana, Illinois: University of Illinois, 2006. - 14-45 р.

79. Vossen, J. L. Transparent conducting films, in Physics of Thin Films / J. L. Vossen, [at all]. - New York: Eds., Academic Press, 1977.

80. Greene, J. E. Growth of single crystal GaAs and metastable (GaSb)1-K, alloys by sputter deposition: ion-surface interaction effects / J. E. Greene, S. A. Barnett, K. C. Cadien, M. A. Ray // Journal of Crystal Growth. - 1982. - Vol. 56. - P. 389-401.

81. Vittorio, M. De. Electro-optic low-voltage InGaAs/GaAs multiple quantum well modulator with organic-inorganic distributed Bragg reflector / M. De. Vittorio, M. Lomascolo, A. Passaseo, R. Cingolani // Superlattices and Microstructures. - 1999. -Vol. 25. - № 1/2. - P. 313-317.

82. Stareev, G. A reliable fabrication technique for very low resistance ohmic contacts to p-InGaAs using low energy Ar+ ion beam sputtering / G. Stareev, A. Umbach, F. Fidorra, H. Roehle // International Conference Indium Phosphide and Related Materials, 8-11 Apr / Cardiff, Wales. - Cardiff: Fraunhofer HHI, 1991. - 264267 р.

83. Li, G. Growth of GaAs quantum dots on Si substrate with artificial topography by ion sputtering / G. Li, J. Zhang, L. Yang, Y. Zhang, L. Zhang // Scripta materialia, Elsevier Science Publishing Company, Inc. - 2001. - Vol. 44. - № 8-9. - P. 1945-1948.

84. Сысоев, И.А. Влияние параметров ионного пучка на процессы формирования массивов квантовых точек GaInPAs в условиях ионно-лучевого осаждения / И.А. Сысоев, Благин А.В., Гусев Д.А. // Материалы VI Международной школы «Физическое материаловедение». - Новочеркасск: ЛИК, 2011. - 179-181 с.

85. Пащенко, А.С. Получение фотоактивных материалов на основе Si и InAs методом ионно-лучевого осаждения: дис. канд. физ.-мат. наук: 01.04.07: защищена 11.05.12./ Пащенко Александр Сергеевич. - РнД., 2012. - 67-72 с.

86. Tosi, A. Active Area Uniformity of InGaAs/InP Single-Photon Avalanche Diodes / A. Tosi, F. Acerbi, A. Dalla Mora, M.A. Itzler, X. Jiang // Ieee photonics journal. - 2011. - Vol. 3. - P. 31-41.

87. Williams, K.J. Nonlinearities in p-i-n Microwave Photodetectors / K.J. Williams, R.D. Esman // Journal of Lightwave Technology. - 1996. - Vol. 14. - P. 8496.

88. Ryzhii, V. The theory of quantum-dot infrared phototransistors / V. Ryzhii // Semicond. Sci. Technol. - 1996. - Vol. 11. - P. 759-765.

89. Dong, Pan. Normal-incidence intersubbandDIn, GaAs/GaAs quantum dot infrared photodetectors / Dong Pan, Elias Tower // Applied physics letters. - 1998. -Vol. 73. - № 14. - P. 1937-1939.

90. Grundmann, M. InAs/GaAs pyramidal quantum dots: Strain distribution, optical phonons, and electronic structure / M. Grundmann, O. Stier, D. Bimberg // Phys. Rev. B - 1995. - Vol. 52. - № 16. - P. 11969-11981.

91. Cusack, M. A. Electronic structure of InAs/GaAs self-assembled quantum dots / M. A. Cusack, P. R. Briddon, M. Jaros // Phys. Rev. B. - 1996. - Vol. 54. - № 4. - P. 2300-2303.

92. Nakwaski, W. Effective Masses of Electrons and Heavy Holes in GaAs, InAs, AlAs, and Their Ternary Compounds / W. Nakwaski // Physica B. - 1995. - Vol. 210. - P. 1-25.

93. Pryor, C. Eight-band calculations of strained InAs/GaAs quantum dots compared with one-, four-, and six-band approximations / C. Pryor // Phys. Rev. B. -1998. - Vol. 57. - № 12. - P. 7190-7195.

94. David, A. Ramirez. Midwave infrared quantum dot avalanche photodiode / A. Ramirez David, Shao Jiayi, M. Hayat Majeed, Krishna Sanjay // Appl. Phys. Lett. -2010. - Vol. 97. - P. 212-215.

95. Chang, W.-H. Photocurrent studies of the carrier escape process from InAs self-assembled quantum dots / W.-H. Chang, T. M. Hsu, C. C. Huang, S. L. Hsu, C. Y. Lai, N. T. Yeh, T. E. Nee, J.-I. Chyi // Phys. Rev. B. - 2000. - Vol. 62. - № 11. - P. 6959-6962.

96. Lin, W.-H. The influence of In composition on InGaAs-capped InAs/GaAs quantum-dot infrared photodetectors / W.-H. Lin, Kuang-Ping Chao, Chi-Che Tseng,

Shu-Cheng Mai, Shih-Yen Lin, Meng-Chyi Wu // Appl. Phys. Lett. - 2010. - Vol. 106. - P. 054512 (1-3).

97. Wu, Jiang. Strong interband transitions in InAs quantum dots solar cell / Jiang Wu, Y. F. M. Makableh, R. Vasan, M. O. Manasreh, B. Liang, C. J. Reyner, and D. L. Huffaker // Appl. Phys. Lett. - 2012. - Vol. 100. - P. 051907 (1-4).

98. Чеботарев, С. Н. Особенности ионно-лучевой кристаллизации наногетероструктур InAs-QD/GaAs для фотопреобразователей с промежуточной энергетической подзоной / С. Н. Чеботарев, Л. С. Лунин, А. С. Пащенко, В. А. Ирха, М. Л. Лунина // Материалы II межд. форума «Возобновляемая энергетика: пути повышения энергетической и экономической эффективности», 10-11 нояб. / Москва, Россия. - Москва: ОИВТ РАН, 2014. - 440-444 с.

99. Чеботарев, С. Н. Ионно-лучевая кристаллизация нанокластеров Ge/Si / С. Н. Чеботарев // Материалы межд. симп. «Физика бессвинцовых пьезоактивных и родственных материалов (анализ современного состояния и перспективы развития)», 2-6 сент. / п. Лоо, Россия. - Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦ ВШ ЮФУ, 2013. - Вып. 2. - Т. 2. - 269-272 с.

100. Лунин, Л.С. Ионно-лучевая кристаллизация наногетероструктур GeQD/Si для фотопреобразователей / Л.С. Лунин, С.Н. Чеботарев, А.С. Пащенко, М.Л. Лунина // Материалы I межд. форума «Возобновляемая энергетика: пути повышения энергетической и экономической эффективности», 22-23 окт./ Москва, Россия. - Москва: ОИВТ РАН, 2013. - 261-265 с.

101. Чеботарев, С. Н. Ионно-стимулированное формирование нанокластеров Ge/Si / С. Н. Чеботарев // Материалы III межд. симпозиума «Физика бессвинцовых пьезоактивных и родственных материалов», 2 - 6 сент. / п. Лоо. - Ростов-на-Дону: Изд-во МАРТ, 2014. - Т. 1. - 332-335 с.

102. Krikorian, E. Epitaxial deposition of germanium by both sputtering and evaporation / E. Krikorian, R. J. Sneed // Applied Physics Letter. - 1966. -Vol. 37. - № 10. - P. 3665-3668.

103. Xue, G. Epitaxial Si(001) grown at 80-750 °C by ion-beam sputter deposition: Crystal growth, doping, and electronic properties / G. Xue, J. E. Greene // Journal of Applied Physics. - 1996. - Vol. 80. - № 2. - P. 769-780.

104. Чеботарев, С.Н. Ионно-лучевая кристаллизация фотоэлектрических наноматериалов с промежуточной энергетической подзоной: автореф. дис. д-ра физ.-мат. наук: 01.04.07 / Чеботарев Сергей Николаевич. - РнД., 2015. - 24-28 с.

105. Комплекс для исследования спектральных характеристик солнечных элементов на основе многослойных гетероструктур. Инструкция по эксплуатации. - СПб.: ЗАО «Техноэскан». - 2007.

106. Высоковакуумный Сканирующий Зондовый Микроскоп Solver HV. Руководство пользователя: разработчик ЗАО «Нанотехнология-МДТ». - М.: НТ-МДТ, 2007.

107. Martin Dufek, Sergey Klepikov. Quanta 200, 400, 600. Production Acknowledgments. FEI Company, 2004.

108. Бухараев, А.А. ССМ-метрология микро - и наноструктур / А.А. Бухараев, Н.В. Бердунов, Д.В. Овчинников, К.М. Салихов // Микроэлектроника. -1997. - Т. 26. - № 3. - С. 163-175.

109. Лунин, Л.С. Взаимосвязь размеров квантовых точек в InAs-QD/GaAs со спектром фотолюминесценции / Л.С. Лунин, С.Н. Чеботарев, А.С. Пащенко,

C.А. Дудников // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2013. - № 1. - С. 40.

110. Jiang, Wu. Strong interband transitions in InAs quantum dots solar cell / Wu Jiang, Y. F. M. Makableh, R. Vasan, M. O. Manasreh, B. Liang, C. J. Reyner, and

D. L. Huffaker // Appl. Phys. Lett - 2012. - Vol. 100. - P. 051907 (1-4).

111. Блохин, Э.Е. Моделирование гетероструктуры InGaAs/GaAs для фотодетекторов ближнего ИК-диапазона / Э.Е. Блохин, Д.А. Арустамян, Д.Л. Алфимова // Вестник Южного научного центра РАН. - 2015. - Т. 11. - №4. - С. 16-22.

112. Zhengmao,Ye. Voltage-controllable multiwavelength InAs quantum-dot infrared photodetectors for mid- and far-infrared detection / Ye Zhengmao, Joe C. Campbell // Journal Of Applied Physics. - 2002. - Vol. 92(7). - P. 4141-4143.

113. Shih-Yen, Lin. Comparison of InAs/GaAs Quantum Dot Infrared Photodetector and GaAs/(AlGa)As Superlattice Infrared Photodetector / Lin Shih-Yen, Yao-Jen // J. Appl. Phys. - 2001. - Vol. 40. - № 12. - P. 1290-1292.

114. Kwang, Moo Kim. Shape and interband transition behavior of InAs quantum dots dependent on number of stacking cycles / Moo Kim Kwang, Park Young Ju, Hyun Roh Cheong // J. Appl. Phys. - 2003. - Vol. 42. - № 1. - P. 54-57.

115. Блохин, Э.Е. Фотолюминесценция и вольтамперные характеристики гетероструктур с квантовыми точками InAs / Э.Е. Блохин, Л.С. Лунин, А.С. Пащенко // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. - 2016. - № 2 (53). - С. 31-36.

116. Блохин, Э.Е. Моделирование QD-InAs/GaAs гетероструктур для фотодетекторов ближнего ИК-диапазона / Э.Е. Блохин // Фундаментальные исследования. - 2015. - № 11-1. - С. 39-43.

117. Блохин, Э.Е. Исследования гетероструктур InAs/GaAs с потенциальными барьерами AlGaAs и GaAs для фотодетекторов ближнего ИК-диапазона / Э.Е. Блохин, А.С. Пащенко, Н.Е. Алтынова // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2016. - № 2. - С. 139-148.

118. Lin, S. Y. High-performance InAs/GaAs quantum dot infrared photodetectors with a single-sided Alo.3Gao.7As blocking layer / S. Y. Lin // Appl. Phys. Lett. - 2001. - Vol. 78. - P. 2784-2786.

119. Chen, Z. H. Normal incidence InAs/AlхGa1-хAs quantum dot infrared photodetectors with undoped active region / Z. H. Chen // J. Appl. Phys. - 2001. - Vol. 89. - P. 4558-4563.