Details

Предмет исследования. Барьерные nBn-структуры на основе твёрдых растворов (013)СdхHg[1-х]Te/CdTe/ZnTe/GaAs. Цель работы. Создание барьерных nBn-структур на основе твёрдых растворов СdхHg[1-х]Te с заданным профилем распределения состава и уровнем легирования, предназначенных для изготовления высокочувствительных инфракрасных фотоприёмников спектрального диапазона 3-5 мкм, работающих при повышенных температурах. Метод. Выращивание барьерных nBn-структур на основе HgCdTe проводилось методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках из (013)GaAs с буферными слоями ZnTe и CdTe и контролем толщины и состава слоёв в реальном масштабе времени высокоскоростным эллипсометрическим методом. Легирование слоёв в процессе роста до необходимого уровня осуществлялось индием из эффузионного источника типа Кнудсена с прецизионным контролем (управлением) его температуры (потока). Состав и толщина слоёв определялись в процессе роста из измерений эллипсометрических параметров in-situ, по спектрам пропускания и отражения с последовательным травлением слоёв ex-situ. Концентрация основных носителей заряда в выращенных структурах определялась из Холловских измерений методом Ван-Дер-Пау с использованием послойного травления. Основные результаты. Получены барьерные nBn-структуры на основе HgCdTe. Параметры состава и толщины слоёв составили 0,3-0,35; 0,6-0,8; 0,31-0,36 молярных долей и 3-4 мкм, 0,2-0,35 мкм, 1-1,3 мкм для поглощающего, барьерного и контактного слоёв, соответственно. Концентрация основных носителей составила (0,6-3)х10{16] см{-3}, (0,6-3)х10{16} см{-3} и (0,9-5)х10{17} см{-3} для поглощающего, барьерного и контактного слоёв, соответственно. Показана хорошая корреляция профиля распределения состава и уровня легирования по толщине выращиваемой структуры, задаваемая в процессе роста с результатами последующих послеростовых измерений. Практическая значимость. Полученные в работе результаты выращивания и характеризации nBn-структуры предназначены для разработки инфракрасных фотоприёмников для SWaP- (Size, Weight and Power) технологии с высокой чувствительностью в спектральном диапазоне 3-5 мкм различного формата, работающих при повышенных температурах, для инфракрасных оптико-электронных и тепловизионных устройств.

The subject of study is barrier nBn structures based on (013)CdxHg[1-х]Te/CdTe/ZnTe/GaAs solid solutions. The purpose of the work is the creation of barrier nBn structures based on CdxHg[1-x]Te solid solutions with given composition distribution profile and doping level intended for the manufacture of highly sensitive infrared photodetectors in the spectral range of 3-5 microns operating at elevated temperatures. Method. The growth of barrier nBn HgCdTe structures was carried out by molecular beam epitaxy on (013)GaAs substrates with ZnTe and CdTe buffer layers and control of the thickness and composition of the layers in real time by a high-speed ellipsometric method. Doping of the layers during the growth process to the required level was carried out with indium from a Knudsen-type effusion source with precision control of its temperature (flow). The composition and thickness of the layers were determined during the growth process from in-situ measurements of ellipsometric parameters, transmission and reflection spectra with sequential etching of the ex-situ layers. The concentration of the majority charge carriers in the grown structures was determined from Hall measurements by the Van Der Pauw method using layer-by-layer etching. Main results. The barrier nBn structures based on HgCdTe have been obtained. The parameters of the composition and thickness of the layers were 0.3-0.35, 0.6-0.8, 0.31-0.36 mole fractions and 3-4 mum, 0.2-0.35 mum, 1-1.3 mum for the absorbent, barrier and contact layers, respectively. The concentration of the main carriers was (0.6-3)х10{16} cm{-3}, (0.6-3)х10{16} cm{-3} and (0.9-5)х10{17} cm{-3} for the absorbing, barrier and contact layers, respectively. A good correlation between the distribution profile of the composition and the doping level over the thickness of the grown structure, which is specified during the growth process with the results of subsequent post-growth measurements, has been shown. Practical significance. The results of growing and characterizing the nBn structure obtained in this work are intended for the development of infrared photodetectors for SWaP (Size, Weight and Power) technology with high sensitivity in the spectral range of 3-5 microns of various formats, operating at elevated temperatures, for infrared optoelectronic and thermal imaging devices.