Матричные ИК фотоприемники на основе гетероструктур узкозонных полупроводников

В настоящее время твердые растворы Hg1-xCdxTe (кадмий-ртуть-теллур, КРТ) занимаютлидирующее положение среди материалов, на основе которых разрабатываются инфракрасныефотоэлектрические детекторы излучения. Благодаря тому, что HgTe обладает инвертированнойзонной структурой или, иначе, «отрицательной» шириной запрещенной зоны, в твердом раствореHg1-xCdxTe можно получить произвольную ширину запрещенной зоны от 0 до 1.6 эВ и настроитьдетектор на выбранное окно прозрачности атмосферы.Использование подложек из CdZnTe позволяет выращивать эпитаксиальные структуры CdHgTe снизкой плотностью прорастающих дислокаций. Однако, несмотря на затраченные гигантские усилияи средства, подложки большой площади из CdZnTe остаются дорогим и эксклюзивным изделием сневоспроизводимыми характеристиками. В связи с этим повсеместно разрабатываются технологиисоздания гетероструктур CdHgTe на альтернативных подложках, таких как Si, GaAs, Ge.Использование подложек из кремния позволяет получать матричные фоточувствительные элементы,согласованные по коэффициенту термического расширения с кремниевой интегральной микросхемойсчитывания сигнала (мультиплексором).Большое различие параметров кристаллических решеток, химическая и структурнаянесогласованность КРТ на Si делает задачу разработки и изготовления ИК ФП на основегетероструктур КРТ/Si, с параметрами, не уступающими параметрам ИК ФП на основе структур КРТна согласованных подложках CdZnTe, чрезвычайно сложной.В ИФП СО РАН разработано и изготовлено уникальное российское оборудование длявыращивания КРТ методом МЛЭ. Проведены комплексные исследования всех этапов выращиваниягетероэпитаксиальных структур CdTe и CdHgTe на подложках из арсенида галлия и кремнияориентацией (013) диаметром до 100 мм. Подложки, ориентированные по плоскости (013) выбранынами, так как они позволяют выращивать слои КРТ с высокими параметрами в более широкомдиапазоне условий роста по сравнению с наиболее часто используемыми подложками (211).Исследованы механизмы формирования гетеропереходов АIIВVI/GaAs и АIIВVI/Si и кинетика ростаслоев CdZnTe и CdHgTe на высокоиндексных поверхностях. В результате разработана технология,позволяющая создавать на альтернативных подложках нелегированные и легированные In пленкиCdHgTe с низкой плотностью морфологических и структурных дефектов.Установлено, что в пленках МЛЭ КРТ/Si вне зависимости от состава наблюдаютсямагнетополевые зависимости проводимости и коэффициента Холла в диапазоне магнитных полей0,05÷1Тл при 77K. Эти зависимости хорошо описываются с привлечением двух типов электронов: свысокой и с низкой подвижностью, различающимися на порядок величины.Установлено, что в гетероструктурах КРТ/Si(013) доминирующим генерационнорекомбинационными уровнями являются уровни, связанные с вакансиями в подрешетке металла.Заполнение вакансий приводит к снижению вклада рекомбинации Шокли-Рида и к возрастаниювремени жизни неосновных носителей заряда в несколько раз до величин ограниченныхфундаментальными межзонными механизмами рекомбинации.На полученных структурах изготовлены матричные фотоприемники различного формата надиапазоны длин волн 1-3, 3-5 и 8-14 мкм, работающие как при 77K, так и повышенных температурах,с параметрами не уступающими зарубежным аналогам. Впервые изготовлен фотоприемник формата2000×2000 элементов для средневолнового спектрального диапазона.