Фотоника среднего УФ-диапазона на основе AlGaN наногетероструктур

Доклад посвящен активно развивающейся фотонике среднего ультрафиолетового (УФ) диапазонадлин волн (λ=210-300нм), использующей в качестве базовых материалов нитридные соединенияAlхGa1-хN(х=0-1) с шириной запрещенной зоны от 3.4 до 6.1 эВ. УФ-фотодетекторы этого диапазонанеобходимы для развития солнечно-слепой фотосенсорики (λ<290нм), а источники спонтанного илазерного УФ-излучения, найдут широкое применение в приборах оптической дезинфекцииводы/воздуха/поверхностей (λ=230-260нм), в фототехнологиях, медицине, оптическойспектроскопии, системах непрямой скрытой помехозащищенной связи и др. Плазменноактивированная МПЭ (ПА МПЭ) дает уникальные возможности эпитаксиального ступенчатослоевого роста гетероструктур (Al,Ga)N в металл-обогащенных условиях при относительно низкихтемпературах (до ~700°C), что ограничивает развитие сегрегационных и диффузионных процессов вгетероструктурах. В сочетании со сверхбыстрым управлением ростовыми потоками (<0.5c) этопозволяет формировать резкие интерфейсы между слоями, в том числе и монослойной толщины.Кроме того, ПА МПЭ позволяет выращивать в безводородной атмосфере слои AlxGa1-xN спрецизионно контролируемым изменением состава, которые при их легировании Si(Mg)демонстрируют n-(p-)тип проводимости, усиленный поляризационными эффектами.В докладе будут рассмотрены все основные стадии изготовления приборных гетероструктур настандартных подложках с-сапфира с использованием нуклеационных и буферных слоев AlN,оптимизация роста которых позволила достичь практически нулевых средних упругих напряжений в2-мкм буферных слоях и снизить в них плотности винтовых и краевых прорастающих дислокаций до~4·108и ~3·109см-2, соответственно. Затем будут обсуждены оптимальные режимы импульсныхметодов роста, включающих эпитаксию с повышенной миграцией адатомов, металл- и температурномодулированные эпитаксии, которые позволили получить атомарно-гладкие барьерные слои AlN иAlxGa1-xN с однородным составом и контролируемой поверхностной концентрацией атомов IIIгруппы [1]. Основное внимание будет посвящено методам формирования и свойствам одиночных имножественных квантовых ям (КЯ) на основе монослойных и субмонослойных вставок GaN вбарьерные слои AlyGa1-yN или AlN. Будут представлены результаты исследований таких КЯ сноминальной толщиной dQW=0.5-7 монослоев(МС) с помощью атомарно-силовой и сканирующейпросвечивающей электронной микроскопии, а также рентгенодифракционного анализа. Будетрассмотрено и объяснено необычное поведение упругих напряжений во время роста множественныхКЯ GaN/AlN с dQW<2МС, при котором среднее напряжение в гетероструктуре остается нулевымнесмотря на неизменную латеральную постоянную решетки AlN. Будут представлены результатыисследований оптических свойств слоев и гетероструктур с КЯ с помощью измерений спектров фото-, электро- и катодолюминесценции. Будет продемонстрирована не только их оптическая активность вдиапазоне среднего УФ излучения 235-300 нм при оптической, инжекционной и электроннойнакачках, но и резкое увеличение эффективности излучательной рекомбинации в суб-250 нм УФдиапазоне при уменьшении толщины КЯ в GaN/AlN гетероструктурах до dQW=1.5 МС [2]. Структурыс такими множественными КЯ (до 360) продемонстрировали при электронной накачке спонтанноеизлучение с =235-240 нм и импульсной выходной мощностью до ~1 Вт. Кроме того, будутпредставлены результаты возбуждения в различных слоях и наногетероструктурах стимулированногоизлучения в диапазоне =258–300 нм с минимальной пороговой плотностью оптической мощности~150 кВт/см2(λ=290нм). И, наконец, будут представлены различные типы солнечно-слепых УФфотодетекторов на основе p-i-n фотодиодов, диодов Шоттки и фотокатодов с отрицательнымэлектронным сродством, продемонстрировавших фоточувствительность до 34мА/см2в диапазонеλ=226–280 нм.