Научный архив: статьи

Представлены результаты работы по созданию гетероструктур AlGaN/AlN на подложках сапфира методом МОС-гидридной эпитаксии, пригодных для изготовления матриц ультрафиолетовых p─i─n-фотодиодов солнечно-слепых фотоприемных устройств, и результаты исследований ультрафиолетовых матричных фотоприемников формата 320х256 на их основе. Методом высокоразрешающей микроскопии исследованы дефекты поверхности гетероструктур AlGaN и их влияние на дефектность элементов ультрафиолетовых матричных фотоприемников

Исследованы матричные ультрафиолетовые фотоприемные модули (УФМ) формата 320х256 элементов на основе гетероэпитаксиальных структур AlxGa1-xN (ГЭС AlGaN), чувствительные в видимо-слепом и солнечно-слепом диапазонах УФ диапазона. ГЭС AlGaN выращивались методами мосгидридной эпитаксии (МОС) и молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) на сапфировых подложках. Качество p-i-n-фотодиодов оценивалось по измерению вольт-амперных характеристик

Представлены результаты измерения скорости ионно-лучевого травления гетероэпитаксиальных структур AlxGa1-xN (ГС), различных сочетаний слоевых конфигураций, выращенных на подложках α-Al2O3 (0001) методами МОС-гидридной или молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ).

Проведен анализ матричных фотоприемных устройств формата 320х256 элементов на основе гетероэпитаксиальных структур AlxGa1-xN (ГЭС InGaAs) с p─i─n-фотодиодами, работающих в режиме лавинного усиления. Гетероэпитаксиальные структуры (ГЭС) с фоточувствительным слоем InGaAs i-типа проводимости выращивались методами мосгидридной эпитаксии (МОСГЭ) на подложках InP. Качество p─i─n-фотодиодов, работающих в режиме лавинного усиления, оценивалось по измерению вольт-амперных характеристик. Лавинное усиление начиналось при напряжениях минус 15 В, определен коэффициент лавинного усиления для архитектуры прибора с общей областью поглощения и усиления.

Проведен анализ гетероэпитаксиальных структур тройных соединений A3B5 для построения матричных фотоприемных устройств, работающих в режиме лавинного усиления. Установлены оптимальные условия работы лавинных фотодиодов для достижения максимальных значений обнаружительной способности и вольтовой чувствительности. Рассчитаны наиболее критичные параметры фотодиодов, работающих в режиме лавинного усиления. Определен шум-фактор лавинного фотодиода при различных значениях скоростей ионизации электронов и дырок.

Технологией мезатравления изготовлены матрицы фоточувствительных элементов на основе p–i–n-фотодиодов в гетероэпитаксиальных структурах InGaAs/InP, в том числе с широкозонным барьерным слоем AlInAs. Показана важная роль токов туннелирования в структурах InGaAs и уменьшение на два порядка токов диффузии и генерациирекомбинации для МФЧЭ с барьерным слоем InAlAs. Проведено приближение измеренных и теоретических ВАХ методом подгонки параметров, определена скорость поверхностной рекомбинации на границе слоя поглощения.

Исследованы индиевые столбчатые микроконтакты для гибридных матричных фотоприемных устройств (МФПУ) инфракрасного диапазона, состоящих из матрицы фоточувствительных элементов и кремниевого мультиплексора, состыкованных между собой. Показано, что индиевые столбики высотой 12 микрометров и более могут быть получены посредством последовательного проведения стандартных операций фотолитографии и химического травления, имеют шероховатость порядка 1 мкм и могут использоваться для операции стыковки в процессе изготовления МФПУ.

Сформированы мезаэлементы матриц p–i–n-диодов на основе гетероэпитаксиальных структур AlxGa1-xN, изготовленных методами молекулярно-лучевой (МЛЭ) и МОС-гидридной (МОС) эпитаксии. Разделение элементов матриц формата 320256 с шагом 30 мкм осуществлялось ионно-лучевым травлением через маску фоторезиста в потоке ионов аргона, создаваемого источником Кауфмана, в вакуумной установке. Для определения необходимой глубины травления использовались методы контактной профилометрии и ультрафиолетовой спектрофотометрии, что позволило определить положение n-слоя и достаточную глубину травления образца. Погрешность толщин функциональных слоев ГЭС, указанных в сертификатах производителей, не превышала 28 %. Определены скорости ионно-лучевого травления слоев AlxGa1-xN с различным составом.

Проведено исследование лавинного матричного фотомодуля формата 320×256 элементов на основе тройных соединений группы А3В5 с поглощающим слоем InGaAs на спектральный диапазон 0,9—1,7 мкм и барьерным слоем InAlAs. Матрица лавинных фотодиодов формата 320×256 элементов изготавливалась в nBp-наногетероструктуре по мезатехнологии. Измерены количество неработоспособных элементов, зависимость темнового тока от напряжения смещения и коэффициент лавинного усиления.

Проведены исследования по определению влияния различных технологий обработки поверхности КРТ на скорость поверхностной рекомбинации и, как следствие, на измеряемый параметр времени жизни неосновных носителей заряда. В качестве метода для определения параметра времени жизни был выбран неразрушающий метод бесконтактного измерения времени жизни по релаксационным кривым фотопроводимости, что позволило проводить исследования на реальных структурах, используемых в производстве матричных фотоприемных устройств.

Проведены исследования матричных фотоприемных устройств формата 320256 элементов на основе четырехслойных гетероструктур р+-B-n-N+-типа с широкозонным барьерным слоем. Гетероэпитаксиальные структуры (ГЭС) с поглощающим узкозонным слоем InGaAs n-типа проводимости выращивались методами мосгидридной эпитаксии (МОСГЭ) на подложках InP. С помощью четырехкомпонентного тонкого слоя AlInGaAs n-типа с градиентным изменением ширины запрещенной зоны устранен разрыв между поглощающим (In0,53Ga0,47As) и барьерным (In0,52Al0,48As) слоями. Использование дельта-легированных слоев в составе гетероструктуры позволило уменьшить барьер в валентной зоне и устранить немонотонность энергетических уровней. Проведены экспериментальные исследования темнового тока, среднее значение которого по матрицам фотодиодов с шагом 30 мкм не превышало 10 фА.

В работе представлены результаты исследований кривизны поверхности пластин с гетероэпитаксиальными структурами (ГЭС) AlGaN и InGaAs, выращенными методами МОС гидридной и молекулярно-лучевой эпитаксии, а также матриц фотоприемников, изготовленных на основе выше обозначенных ГЭС. Показано, что в процессе роста функциональных слоев пластины изгибаются. Так пластины с функциональными слоями InGaAs на подложке InP имеют вогнутый вид. Тогда как пластины с функциональными слоями AlGaN на сапфировой подложке имеют выпуклый вид со стороны ГЭС. В процессах роста функциональных слоев AlхGa1-х N на сапфировой подложке возникают растягивающие напряжения. Для процессов роста функциональных слоев InхGa1-хAs на подложке из фосфида индия характерны растягивающие напряжения. Величина прогиба пластин зависит как от способа выращивания, так и от толщин функциональных слоев ГЭС. Величина прогиба структур диаметром 52 мм в зависимости от способа выращивания и толщин слоев лежит в пределах 7—60 мкм. Измерения профиля кривизны изготовленных матричных фоточувствительных элементов на основе InGaAs и AlGaN формата 320256 с шагом 30 мкм показали, что величина прогиба на матрицах hl не превышает 1,02,5 мкм. Величина прогиба на матрицах определяется исходной кривизной поверхности пластин.