Создание и исследование высокоэффективных быстродействующих фотодиодов для средней ИК-области спектра (2-5 МКМ) на основе узкозонных гетероструктур A3B5

• Автор: Коновалов, Глеб Георгиевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 168 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Полупроводниковые узкозонные соединения А3В5 и фотодиоды на их основе для спектрального диапазона 1.6-5 мкм (литературный обзор)

1.1. Физические принципы работы фотодиодов, параметры, режимы работы

1.2. Режимы работы фотодиодов

1.3. Полупроводниковые узкозонные материалы А3В5 подходящие для создания фотоприёмников в спектральном диапазоне 2-5 мкм и их свойства

1.4. Фотоприёмники для среднего ИК-диапазона на основе узкозонных соединений А3В

1.5. Конструкции быстродействующих фотоприёмников

1.6. Выводы

Глава 2. Методы исследования параметров фотодиодных

гетероструктур и фотодиодов
2.1. Объекты исследования
2.2. Исследование вольт-амперных характеристик фотодиодов
2.3. Исследование вольт-фарадных характеристик фотодиодов
2.4. Исследование спектральных характеристик фотодиодов
2.5. Исследование быстродействия фотодиодов
2.6. Метод исследования магнитотранспортных свойств слоёв фотодиодных гетероструктур
Глава 3. Создание и исследование быстродействующих р~1-п-фотодиодов для спектрального диапазона 1.0-2.4 мкм на основе гетероструктуры Оа8Ь/Оа1пА58ЬЛЗаА1Аз8Ь
3.1. Основные факторы ограничивающие быстродействие р-1-п-фотодиодов
3.2. Быстродействующие фотодиоды меза-конструкции на основе ОаТпАББЬ
3.2.1. Технология создания фотодиодов
3.2.2. Электрические свойства фотодиодов
3.2.3. Фотоэлектрические свойства фотодиодов
3.2.4. Быстродействие фотодиодов на основе гетероструктуры СаБЬ/СаТпАзБЬ/СаА^БЬ
3.3. Фотодиоды с разделенными чувствительной (диаметр 50 мкм) и контактной мезами, соединёнными фронтальным мостиковым металлическим контактом
3.3.1. Технология создания сверхбыстродействующих фотодиодов
3.3.2. Электрические свойства фотодиодов
3.3.3. Фотоэлектрические свойства фотодиодов
3.3.4. Быстродействие фотодиодов
3.4. Выводы
Глава 4. Разработка и создание фотодиодов для спектрального
диапазона 1.5-3.8 мкм на основе гетероструктур 1пА8/1пАз8ЬР и для спектрального диапазона 1.0-4.9 мкм на основе гетероструктур 1пАз8Ь/1пАз8ЬР
4.1. Фотодиоды для спектрального диапазона 1.5-3.8 мкм на основе гетероструктуры ГпАзЛпАэЗЬР
4.1.1. Технология создания фотодиодов
4.1.2. Свойства, параметры и характеристики фотодиодов
4.2. Разработка фотодиодов на основе гетероструктур (пАзБЬЛпАбБЬР для спектрального диапазона 1.0-4.9 мкм
4.2.1. Технология создания фотодиодов
4.2.1. Результаты исследования фотодиодной гетероструктуры БтАзЗЬЛпАвЗЬР методом Кельвин-зонд микроскопии

4.2.2. Электрические свойства фотодиодов на основе гетероструктур ТпАзвЬЛпАзЗЬР
4.2.3. Фотоэлектрические свойства фотодиодов на основе гетероструктур ЫАзЗЬЛпАбЗЬР
4.2.3. Повышение квантовой чувствительности фотодиодов на основе гетероструктуры йъ^зЛпАзЭЬЛпАзЗЬР
4.2.4. Оценка быстродействия фотодиодов на основе гетероструктур ЬхАзБЬЛпАзБЬР
4.3. Выводы
Глава 5. Разработка и создание фотодиодов на основе квантоворазмерных гетероструктур узкозонных соединений А3В5 для спектрального диапазона 1.6-5.0 мкм
5.1. Фотодиоды на основе квантово-размерных гетероструктур ФАз/А^ЬЛгьАэЗЬЛШЬ/ОаЗЬ с глубокими квантовыми ямами
5.1.1. Технология создания фотодиодов
5.1.2. Исследование магнитотранспортных свойств слоёв гетероструктур с глубокими квантовыми ямами А^ЬЛпАэЗЬ/А^Ь
5.1.3. Электрические свойства фотодиодов
5.1.4. Оценка быстродействия фотодиодов
5.1.5. Фотоэлектрические свойства фотодиодов
5.2. Фотодиоды на основе Оа8Ь с глубокой квантовой ямой
А1(А5)8ЬЛпА88Ь/А1(Аз)8Ь
5.2.1. Технология создания фотодиодов
5.2.2. Электрические свойства фотодиодов
5.2.3. Электролюминесцентные и фотоэлектрические свойства фотодиодов
5.2.4. Лавинное умножение в фотодиодах за счёт ударной ионизации носителей на скачке потенциала
5.2.5. Оценка быстродействие фотодиодов

Епегау 300 К £(=0 35 еУ
Рис. 4. Зонная диаграмма энергии зон в пространстве импульса соединения 1пАз [25].
Арсенид индия по своим физическим свойствам близок к 1п8Ь. Кристаллизуется в решётку цинковой обманки, постоянная решётки 0.60583 нм. При комнатной температуре ширина запрещённой зоны в 1пАб составляет £^,=0.36 эВ, при Г =77 К увеличивается до £я=0.43 эВ. Эффективные массы
электронов и лёгких дырок малы, 0.023 т0 и 0.026 т0, соответственно. При легировании 1пАя донорными примесями до концентрации приблизительно равной 1017 см-3 и более проявляется эффект Бурштейна-Мосса.
При Г =77 К спин-орбитальное отщепление в 1пАб становится равным ширине запрещённой зоны Е$ и коэффициент ударной ионизации для дырок на порядок превосходит аналогичный коэффициент для электронов, но при температурах близких к комнатной, коэффициент ударной ионизации для электронов становится намного больше, чем для дырок.
Коэффициент преломления ГпАб равен 3.44. 1пАз также обладает высокой подвижностью электронов <4-104 см2/В-с и дырок //,,=500 см2/В-с
при комнатной температуре. Наибольшими подвижностями обладает интерметаллическое соединение 1п8Ь, что объясняет интерес к нему исследователей занимающихся изучением физических явлений в твёрдом теле.