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. Локальная проводимость сколов гетероструктур анализировалась методом микроскопии растекания тока. Оптический свойства сверхрешеток определялись методом ИК Фурье спектроскопии пропускания и отражения света. Нанесение омических контактов проводилось методом физического осаждения из газовой фазы. Результаты работы: 1. Разработана методика оптимальной предростовой подготовки подложки InSb для последующего эпитаксиального роста гомо- и гетероструктур. Эффективность удаления оксидов с поверхности подложки определялась по морфологии поверхности (с помощью атомно-силового микроскопа) и по структурному совершенству буферного слоя InSb, выращенного на подложках, прошедших различную предварительную обработку (с помощью рентгено-структурного анализа). Первая стадия подготовки заключается в травлении InSb-пластины в растворе изопропилового спирта и соляной кислоты (37%) в соотношении 5 к 1 в течение 16 минут. Вторая стадия представляет отжиг подложки при температуре 300 °С в течение 1 часа в условиях высокого вакуума. Во избежание контакта с атмосферным кислородом, обработка подложки и ее загрузка в установку молекулярно-лучевой эпитаксии должна проводиться в инертной атмосфере. 2. Проведен выбор оптимальной температуры роста и соотношения потоков материалов для гомоэпитаксиального роста буферных слоев InSb на предварительно подготовленных подложках. Получены образцы со среднеквадратичной шероховатостью поверхности 0,13-0,3 нм. Высокое структурное совершенство и пространственная однородность буферных слоев подтверждались по дифракции рентгеновских лучей и комбинационному рассеянию света. 3. Отработана технология роста барьерных слоев AlInSb\InSb и бариодных структур на основе InSb. Показана возможность эпитаксиального роста структуру с барьером Al0,2In0,8Sb без пластических релаксаций и с сохранением плоского фронта кристаллизации (среднеквадратичную шероховатость поверхности 0,24 нм) 4. Освоены методики легирования A3B5 соединений донорными примесями, нанесения контактов и жидкостного травления. Для получения n-типа проводимости в работе использовалась ячейка GaTe, для p-типа — ячейка Be. Отработана технология формирования омических контактов к n-InSb при помощи системы металлизации Ti/Au. Для формирования омических контактов к низколегированным короткопериодным сверхрешеткам использовалась Ge/Au/Ni/Au металлизация. Показано низкое удельное контактное сопротивление этих контактов. 5. Выращены короткоперодные сверхрешетки II-типа на основе InAs/GaSb (T2SL) с оптической щелью в области 10 мкм (период 7,4 нм, соотношение толщины слоёв InAs к GaSb как ~1,5 к 1). Показано их высокое структурное качество. Проведены их всесторонние спектроскопические исследования: исследованы спектры пропускания и отражения, как при комнатной температуре, так и при температуре жидкого азота в широком спектральном диапазоне (0.3–200 мкм). 6. Отработана методика роста твердых растворов InAsSb и барьерных слоев AlSb, согласованных по постоянной решетки с подложками GaSb, а также на метабуфере InAsSb. 7. Изготовлены барьерно-диодные и p-i-n-гетероструктуры, применимые для создания фотоприемников среднего ИК-диапазона на основе твердых растворов InAsSb и короткопериодных сверхрешеток GaSb/InAs. Проведены исследования их фотоэлектрических характеристик, которые показали чувствительность в диапазоное 2-5 мкм до 1.3 А/Вт. За отчетный период подготовлено 12 публикаций в рецензируемых журналах индексируемых в системах WoS, Scopus или РИНЦ.