Лаборатория новых материалов для ИК фотоники

Цель проекта – разработка фоточувствительных материалов на основе низкоразмерных гетероструктур, включая короткопериодные сверхрешетки Методология проведения работы – в рамках выполнения данной тематики Государственного задания проводились как экспериментальные, так и теоретические исследования. Рост слоёв производился с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии. Методом дифракции быстрых электронов in situ производился контроль поверхности образцов. Полученные структуры были исследованы методами комбинационного рассеяния света и рентгеновской дифракции. Качество поверхности полученных образцов дополнительно контролировалось с помощью атомно-силовой микроскопии. Для оценки химического состояния поверхности использовалась рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия. Для расчёта зависимости электронных и дырочных состояний от периода InAs/GaSb сверхрешёток второго рода использовался стандартный подход, основанный на формализме огибающих функций в k·p теории и приближении эффективной массы. Результаты работы 1. Проведена модернизация установки молекулярно-лучевой эпитаксии Compact-21T. Для более точного контроля за температурой установлен односпектральный инфракрасный фокусируемый бесконтактные пирометр со спектральным диапазоном на 1.6 мкм. Для реализации управляемого легирования установлены эффузионные ячейки для испарения GaTe и Be. Выявлены и устранены неполадки контроллера NVC 6000 фирмы Riber, предназначенного для управления клапанами в ячейках Sb и As, заменена плата управляющего компьютера. В ячейки Ga, In, Sb и As проведена дозагрузка соответствующих материалов. В системе дифракции быстрых электронов была заменена электронная пушка. Для обеспечения непрерывной подачи жидкого азота на установку запущена азотная станция StirLIN–2, а также и проведено техническое обслуживание криогенераторов. 2. Проведен анализ имеющихся литературных данных по методикам подготовке поверхности подложек GaSb и InSb и отработаны различные методики очистки поверхности. 3. Отработана технология получения качественных буферных слоев GaSb на подготовленных подложках, подобраны оптимальные условия роста буферного слоя. Качество выращенных слоев буферных слоев и их высокое структурное совершенство подтверждены измерениями спектров комбинационного рассеяния света и рентгеновской дифрактометрией. С использованием атомно-силовой микроскопии определена шероховатость полученных буферных слоев, которая после отработки технологических режимов не превышающая 1.9 Å. 4. С использованием методов молекулярно-лучевой эпитаксии, дифракции быстрых электронов, атомно-силовой микроскопии и комбинационного рассеяния света проведены работы по поиску условий роста слоев InAs на GaSb и GaSb на InAs. В результате были найдены оптимальные условия для роста, и отработана методика формирования “InSb-подобных” интерфейсов на гетерограницах InAs на GaSb и GaSb на InAs. 5. Методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках GaSb (100) были получены InAs/GaSb сверхрешётки второго рода. Проведён подбор оптимальных параметров соотношения потоков для уменьшения количества дефектов. Определённый с помощью атомно-силовой микроскопии показатель средней квадратичной шероховатости удовлетворяет необходимым критериям значениям. Толщины слоев сверхрешетки, рассчитанные на основе аппроксимации рентгеновских кривых качания, совпадают с номинальными ростовыми параметрами. 6. На основе k∙p приближения разработан метод расчета электронного спектра сверхрешеток InAs/GaSb второго рода применяемых в качестве активного элемента матричных ИК фотодетекторов. В зависимости от периода и соотношения толщин слоев сверхрешетки рассчитана энергетическая диаграмма минизон для электронных и дырочных состояний. За отчетный период подготовлена 2 публикация в рецензируемом журнале индексируемых в системах WoS, Scopus или РИНЦ.