Наногетероэпитаксиальные структуры HgCdTe. Рост, квантовые эффекты и приборы / Якушев М.В., Варавин В.С., Васильев В.В., Дворецкий С.А., Михайлов Н.Н., Сабинина И.В., Сидоров Г.Ю., Сидоров Ю.Г., Латышев А.В.

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 инвертированной зоннойструктурой или, иначе, «отрицательной» шириной запрещенной зоны, в твердом растворе Hg1-xCdxTeможно получить произвольную ширину запрещенной зоны от 0 до 1.6 эВ и настроить детектор навыбранное окно прозрачности атмосферы. Гетероструктуры с квантовыми ямами (КЯ) на основеHgTe/CdTe предоставляют возможность управлять энергией межзонных переходов и спектром носителейза счет регулировки ширины ямы. При некотором критическом значении ширины квантовой ямы,зависящем от состава твердого раствора в яме и барьерных слоях ширина запрещенной зоны обращается вноль. Спектр носителей при этом становится «графеноподобным», т.е. наблюдается линейный закондисперсии как для электронов, так и для дырок.В ИФП СО РАН разработано и изготовлено уникальное российское оборудование для выращиванияКРТ методом МЛЭ. Проведены комплексные исследования всех этапов выращиваниягетероэпитаксиальных структур CdTe и CdHgTe на подложках из арсенида галлия и кремния ориентацией(013) диаметром до 100 мм. Исследованы механизмы формирования гетеропереходов АIIВVI/GaAs иАIIВVI/Si и кинетика роста слоев CdZnTe и CdHgTe на высокоиндексных поверхностях. В результатеразработана технология, позволяющая создавать на альтернативных подложках нелегированные илегированные In пленки CdHgTe с низкой плотностью морфологических и структурных дефектов.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, спараметрами не уступающими зарубежным аналогам. Впервые изготовлен фотоприемник формата2000×2000 элементов для средневолнового спектрального диапазона.Разработана технология выращивания Hg1-xCdxTe/HgTe/Hg1-xCdxTe квантовых ям (КЯ) методоммолекулярно-лучевой эпитаксии с прецизионным контролем толщины нанослоев HgTe и широкозонныхспейсеров и состава (x) эллипсометрическим методом.В одиночных HgTe КЯ показано существование двумерного электроного газа с высокойподвижностью более 5×105 см/В×с. При низком уровне легирования КЯ впервые обнаружен новыйэлектронно-дырочный газа без пространственного разделения носителей. Проведены исследования поизучению свойств с 2D и 3D топологическими состояниями. Обнаружено, что ширина щели прикритической температуре Тс = 90 К обращается в нуль, что соответствует возникновению безмассовыхдираковских фермионов вблизи Γ точки зоны Бриллюэна. Полученные данные открывают большое поледеятельности для исследования новых физических явления.В одиночных и множественных (до 30) Hg1-xCdxTe/HgTe/Hg1-xCdxTe КЯ наблюдался большойфотогальванический эффект для линейно- и циркулярно-поляризованного излучения в диапазоне от 6 мкмдо 400 мкм при комнатной температуре. Вольтовая чувствительность для одиночной HgTe КЯ достигаетвеличины, соответствующей детекторам на фотонном увлечении (photon drag effect).На структурах с множественными HgTe КЯ (от 5 до 10), встроенными в широкозоннуюволноводную часть наблюдалось стимулированное излучение в зависимости от толщины КЯ в области от2,8 до 20 мкм при температурах 20 К и в области от 3 до 5 мкм при температурах вблизи комнатной.