Создание и исследование фотоприемников на основе твердых растворов антимонида галлия тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

НИИ ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКИ ТАШКЕНТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

г >,. г.

О , ,. Л

На правах рукописи

УДК. 621.315

МИРСАГАТОВ МУРОД АТХАМОВИЧ

СОЗДАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ФОТОПРИЕМНИКОВ НА ОСНОВЕ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ АНТИМОНИДА ГАЛЛИЯ

01-04.10 — физика полупроводников и диэлектриков

Авторефер ат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ташкент— 1995

Работа выполнена в научно-исследовательском институте прикладной физики Ташкентского Государственного Университета.

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук ЯКОВЛЕВ Ю. П.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор РАХИМОВ Н„

кандидат технических наук, доцент АКРАМОВ X. Т.

Ведущая организациия:

Физико-Технический Институт НПО «Физика-Солнце» АН РУз.

Защита состоится « ^ » с^<2 (зрая ^_ 1995 г.,

в ¡0 часов на заседании специализированного совета»

ДК 067.02.24. по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора физико-математических наук при ТашГУ по адресу: 700095, г. Ташкент, ГСП, Вузгородок, ТашГУ,. физический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Ташкентского государственного университета.

Автореферат разослан « ^ » ^-.¡О X,_1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат физико-математических

наук ХУДАЙБЕРДИЕВ С. С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. №иерос к быстродействующим и молоау-мящим фотоприомникам для спектрального диапазона 1,6-2,4 мкм обусловлен:

- необходимостью создания активных элементов в системах газового анализа в целях охрани окруяащей среда, поскольку в этом диапазоне ленат ряд линий поглощения природннх п промышленных газов HJ;

- перспективой развития оптических волокон III поколошш ■ на основе флюоридных стекол, в которых окидается но одну-два порлд:сз mrste потерт (1Г>~г-1ГГ3лБ/к>.<). чем п существующих лучяях кварцевых волокнах на длинах воля 1,3-1,55 мкм. Их применение • может существенно увеличить протяженность волоконно-оптических линий связк (ВОЛО) без ретрансляторов на Вояътэ расстояния, вплоть до 1000 км [23. \

Для создания оптоэлоктро'пшх приборов указанного диапазона интересными' и перспективными являются узкозогпшо соэдиного;я АЭВ5 и многокомпонентные твердые раствора на их' осново, п частности, GalnAsSb.

Достоинство чогырохкомпет ш нtiшх твердая растворов я том, что в них можно независимо управлять шириной запрещыцгаЯ зопп п параметром решетки, варьируя кснцвнтрсцпр компонентов, что позволяет использовать бинарные подлоккп п получгтъ изопериоиша готероструктури с■совершенной границей раздела.

Однако твердые раствори GalnAsSb- имеют область несмешиваемости п в составах близких к этой границе влняшга спииодального распада твердого раствора может привести к отрицательным результатам t31. Поэтому создание фотоприемкгасов на ' основа Ga, ^ir^As^Sb, с х>0,2 ( мкм') будет более затруднено.

К ног-ганту начала данной работа в литературе практически не было сообщений о создании фотодиодов на основе четверного твердого раствора СаХпАзЗЬ. .

Перспективность спэктрального диапазона 1,6-2,4 мкм, ;тт-кальность рассматриваемой системы, наличие интересных технологических проблем, отсутствие неохлакдаемых и малошумящх фотоприемников, а также, особенности физических процессов протекающих в рассматриваемых структурах, привлекли наше внимание к изопе-

риодным структурам на основе твердого раствора СаГпАзБЬ и СаБЬ.

Цель п задачи работы. ' Долью данной работы являлась разработка жидкостной эгитаксни изопериодных СаШАзБЬ/СаЗЬ структур, создание к исследование фотодиодов на их основа.

Для достижения поставленной доли решались елодующие задачи:

- изучить условия фазового равновесия при жидкостной эгаггаксии тверда растворов ЦайтАвБЬ;

- исследовать закономерности энитаксиальной кристаллизации твердых растзоров СаГиДаБЬ на подложу СаБЬ;

разраоитать технологию многослойных изопериодных СаМАоЗЬ/СаШзЗЬ/СаЯ'о гетероструктур;

- создать лабораторные образцы фотодиодов на основе 0а1пАз5о/СаМА£ЙЬ и исследовать ¡IX электрические и фотоэлектрические свойства;

- провести поиск возмогшости создания лавинных фотодиодов для спектрального д-'шазона 1,6-2,4 ыкм.

Научная новизна. 1. Впервые псслодована ориентацнонная зависимость периода решетки и состава Са1пАбЗЬ кристаллизуемого из кадкой фазы на подложках СаЗЬ.

2. Впервые набл/одонс и исследовано лавшпгае умножение носителей тока в чотворных твердых растворах Са1пЛзЗЬ.

Практическая -значимость. 'Впервые созданы малошуыящке лавин-шо фэтодаоды- ( ?=1,6 , т=(0,5-1,0)нс ) и быстродействующие р-1-п фотодиоды. ( 1=50 пс ) на основе Са1пАвЗЬ/С-аЛ1АсЗЬ для спектрального диапазона 1,6-2,4 ыкм.

Основные научные полояатш, пшгосимыэ на защиту.

1. Период кристаллической решетки твердого раствора ОаХпАзЗЬ, кристаллизуемого из раствора-расплава 0а-1п-Аа-ЗЬ одного и таго состава, зависит от ориентации подлоааш СаБЬ слодущш образом: а(111)В> а(10о)> аоп)А 11 гакоэ изменение параметра решетки обусловлено ориентацяошой зависимостью ковффициента сегрегации шцьяка.

2. Увеличение концентрации шцьяка в растворе-расплаве Са-Тп-Ав-БЪ при фиксированном концентрации галлия и сурьмы приводит к. увеличению периода решетки эпитаксиалыюго слоя Са1пА.вЗЬ на подокнах вагь с ориентацией (111 )В и к уменьшению с орибцтациящ (100> и (111 )к.

3. В фотодиодшх структурах n+-GaSb/n-GaInAs5b/p+-GaAlAeSb лавинное умножение осуществляется, преимущественно, днркяш! в узкозотюй области структуры и умэньгаонт температуры структур;» приводит к увеличению отношения коэффициентов ионизации дирок и электронов ( р/а ).

4. Введонно в область умножения лавкпшх фотодиодов но ос-ново GalnAsSb твердого растиора резонансного состава Ga, AlrSb ( х=0,04 , Eg»«Ao=0,76 зВ ) приводит к сутцэствегаюму возрастанию ОТ1ЮЕ61ШЯ коэффициентов ионизации днрок и электронов ( р/а^бО ) и уменьшению коэффициента избыточного луча ( Г-1 ,6 ).

Апробация работы. Основшю результаты рсботн доштдига^псь на Всесоюзной конференции по троГашм полупроггод^псогии соединениям и их применениям (Кгштсв, 1907 г.), XI ВеосотнлП

"Г:' 'Т'"1 Т"""Г НО ^-тптгт/П nn ni'rmnp -{ЦЧ*"'ТгТ!г.'t J ^'S-'P.v _ )

7 Всесоюзной конференции по росту кристаллов (Москва, 1933 г.), I Всесоюзной конференции по Фотоэлектрически явлениям з полупроводниках (Тпякент, 1989 г.).

Публикации. По материалам диссертащш. опубликовано 11 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, ссключения и ггрило.те.цля. Она содортаг 7.3 страниц м-жшгогшсного текста, <17 рисушсов, 5 таблиц п список литературы из 102 работ.

СОДЕКШ Ш РАБОТЫ ,

Bu введении обоснована актуальность создания к исследовании :?ало!гу1..лщих и быстродействующих Фотодиодов на основе твердых растворов GalnAsSb, излокеш основные результат!! работа к представляете к зацнтз. научный положения. -

Первая глава — обзорная и состоит из трех параграфов, посвященных литературным данным: свойствам твердых растворов GalnAsSb и бинарных соединений, образующих этот твердый раствор (§ 1.1); жидкостной эпитаксии твердого раствора GalnAsSb (§ 1.2); особенностям ударной ионизации в твердых растворах GaSb и xnAs, а такае фотоприемникам для спектрального диапазона 1,6-2,5 мкм (§ 1.3).

Сформулировани цель и основные задачи работа.

Вторая глава посвящена разработке технологии создания

I I

— о - 1 '

фотодиодных готороструктур.

Б первом параграфе излагается методика расчета фазовой дкаграюш Ca-In-As-Sb в приоликегош регулярных растворов. Расчет проводился для температур (723-873 )К и диапазона составов х=0+0,20. Анализ результатов расчета позволяет сделать слодувдие вывода для систеш Ga-In-As-Sb :

— мшцьяк обладает малой растворимостью ( 1С"1 -Ю'г% ) в расплавах и высоким коэффициентом распределения;

— коэффициент распределения мыщьяка увеличивается с пониканием температуры.

Во втором параграфе исследованы условия получения твердых растворов GalMsSb изопериодпнх с GaSb и закономерности апитаксиального роста на подлогках GaSb разной ориентации.

В донной работе использовались пересыцашшэ раствори-рас-плавы Ga-In-As-Sb , созданные .изменением концентраций атомов сурьми или мыщьяка, при фиксированных агомких долях галлия в расплаве или изменялась температуре эпитакс;ш при неизменном составе раствора-расплава.

Представлены результаты измерений несоответствия периодов решеток эпитаксиального слоя и подложки (Да/а), получешшо методом даухкристалыюй рентгеновской дифрантометрия а состава епитаксиалышх слоев опродолонного с помощью количественного микроанализана установке "САИЕСА" (Фракция).

Из анализа получошшх результатов установлено:

- коаНицнент .распределения мыщьяка имеет орионтационную зависимость, который максимален при ориентации дадлокки GaSb

(1П)А;

- апитаксиЕЛЫше слои, выращиваемые из-за одного и того н:о расплава, имеют различные периоды решетки в зависимости от ориентации подложи;

- увеличение концентрации мыщьяка в расплаве, при фиксированной концентрации атомов галлия и сурьмы, приводит к увеличению периода решетки эпитаксиального слоя кристаллизующегося на подложке GaSb (111 )В и к уменьшению для (100) и (111 )А.

Обнаруженные закономерности объясняются полярностью кристаллографического направления (111) и кинетическими особенностями эпитаксиального роста.

- 7 -

к ' I *

В третьем параграфа исследовались условия получения твердых растворов Ga, ^Al^Ae^Sb,_у изопериодных с GaSb, используемых в качество широкозошшх "окон" в фотодиодной гетерострук-турэ. Применялся метод стабилизации состава кадкой фази за счет введения в расплав монокристаллической подлогаот ерсешшп голлия в качестве источника мщьяка (4] и показано, что при этом, действительно, достигается воспроизводимое получение слое в GaQ бТА10 33А80 03Sb0 g7 изопериодных с GaSb с Аа/аО- 10~4.

Четвёртый 'параграф' посвящен исследованию электрических свойств нелэгированных эпитаксиалышх слоев Ga^In^Aa^Sb, у изопериодных с GaSb в диапазоне 0<х€0,22. Представлены результаты измерений методом Холла.

Установлено , что специально нолегировашшо слои Ga4 _xIn As^Sb, в диапазона составов 0£х$0,22 (моют дырочку so проводимость, при этом концентрация дырок.уменьиаэтся пржэрно на порядок с увеличением х от О до »0,22.

Показано, что доминирующую роль в дырочной проводимости играют мелкие-.;рим9сны9 уровни с энергией активации 0,01эВ

Выявлены двухзарядныг акцепторы с знергиой активации Едг=(0,030-0,035)эй н Еаз=0,07 эВ, вероятно, обусловлепгше природными структурными дефектами vaaGa3b .с концентрацией на порядок мэньеэП, чем в p-GaSb.

В пятом параграф изложен конкретней пример создшп:я гао-гослойной изопериодной фотодиодной reTepocTpyicTyt

В шестом параграфе описан процесс изготовления мезвфото-диодов г-этодом фотолитографии.

Третья глава посвящена исследованию электрических ' и фотоэлектрических свойств готэроструктур ка основе твердых растворов GalnAsSb/GaAlAsSb, изопериодных с CaSb, а такяо изучению основных характеристик фотодиодов на пх основе.

Первый пара^аф пасвяцен исследованию электрических свойств фотодиодной структуры на основе GalnAsSb.

Образцы изготавливались методом, описанным в главе 2 н представляли собой изопериодные с подложкой GaSb (111) гетеро-структуры, в виде мезаструктур с диаметраш (90+500)мкм, состоящие из фотоактивного слоя n-GaQ 80InQ 20As0 :17SbQ 83

толщиной « 3 1жм, с концентрацией носителей тока (5-7)- Ш15см~3

и из широкозонного сдоя р-Са01б7А10_33Аз0_03ЗЬ0_97. (Еа=1,2 эВ)

толщиной и 3 шш легированного до концентрации 1 • 1018см"3.

Для всех исследованных диодов наблюдалась зависимость емкости от прилокенного напряжения типа (Гг~Г(У), т.е. полученные р-п перехода Оцли резкими. Ширина области пространственного заряда (ОПЗ) при нулевом смещении была И=(1,5-3)- 10~5см и при У=-2 В достигала 2 мкм.

Представлены результаты измерений температурной зависимости В АХ в интервале (78-370)К. Анализ прямой ветви ВАХ показал, что зависимость прямого тока от напряжения описывалась выражением 1=1оехр(еУ/пМ) , где показатель п растет с. понижением температуры от п=1 в интервале (ЗбО-ЗОО)К до п=2,5 при Т=90 К. Прямой ток в области температур Т>230 К и Т=(230-160 Ж определяется двумя различными механизмами токопрохоздешя: диффузионным и рекомбинационным, соответственно , а при низких температурах ( Т< 1К ) в механизм токопрохокдения существенный вклад вносит туннельная компонента.

Анализ обратной ветви ВАХ показал, что обратный ток в диапазоне температур Т=(200-320)Х и в области напряжений У=(1 -5)В определяется генерацией носителей тока в ОПЗ и хорошо описывается'выражением: ^г-р^еп^'^ефф • гдэ П1 ~ собственная концентрация носителей тока, Б - площадь фотодиода, И - ширина области пространственного заряда.

Энергия активации в температурной зависимости обратного тока при у=-1 В и в-интервала температур Т=(200-350)К составила Еа=0,29 эВ, что близко к значению Ее/2. Это также свидетельствовало о генерационном механизме протекания тока .в ОПЗ через уровни, раслолоа. иные близко к середине запрещенной зоны узкозонного материала. При больших обратных смещениях ( свыше 8 В ) обратный ток определяется межзонным туннелированием.

Во втором параграфе представлены результаты исследоваш!я спектральной фоточувствительности р-п гетеропереходов и било установлено, что спектральная чувствительность лежит в интервале (Г,2-2,4)мкм, при этом максимум фотоответа достигается в диапазоне 1,8-2,2) шш. Значение ширины запрещенной зоны Eg=0,52 эВ при 300 К было определено по полу спаду спектральной чувствительности фототека р-п структуры от

максимальной, а такта по измерениям фотопроводимости слоев GalnAsSb того ш состава. Коэффициент темпоратуряого изменения ширины запрошенной зоны в интервала тоютэрятур (90-360)К составил Eg(T)=Eg(90K)-6B(T>- AT , где БН(Т)=3,4'10~ЛэВ/К.

В третьем параграфе исследованы быстродействующе p-1-n фотодиоды на основе GalnAsSb для спектрального диапазона (2,0-2,2)мкм. Обоснован выбор конструкции фотодиода, которчя представляла собой изопариодаую структуру но подлоаш p-CsSvj, состоящей из фотоактивного слоя p°-CaQ 801"п0 20Лпо i7Sbo оз'тол~

шиной « 2 им, с концентрацией дырок 4,8- 101Лсг.Г3 ' и гез вироко-зонпого слоя n-GaQ 67A1Q 33Аа0 03Sb0_g7 толщиной « 3 С!?!. Фотодиоды изх'огашцшшшсь и виде маааОтруКгур дйаыотрон (5*30 i.n««.

Исследовались ВАХ п ВЗХ, спектральное распределение фоточувствителыюсти, а такггэ быстродействие р-i-n диодов методом импульсной растровой электронной микроскопии.

Темновой ток при обратном смэщетш (0,5-1,0)В составлял (0,4-0,8)мкА .. определялся в основном током • генерация d слое ОПЗ. Зависимость емкости от напряжения была. мрэктэрноЯ для p-1-n диодов, и минимальное значение емкости в рэгжмэ пстощеппя составило С=0,4 п© прп смоцонзш V'=-2 В. Спектральное распро-дэлоеиэ фоточувствителыгоста исследованных p-1-n диодов било оптимизировано на область спектра (2,0-2,2)гссм, и прп этог.? монохроматическая токовая чувствительность па дл ¡19 волна Л=2,0 тм составляла SI=f ,1 Л/Вт.

Из.лорекия Онстродайстютя методом ккпульсноЗ растровой электронной микроскопии показали, что времена нарастания п спада по уровню 0,1-0,9 составляли т=(50~100)пс. При исследовании быстродействия коротким лазерным тшульсол, излучаемого яз полупроводникового лазерного диода на основе InGaAsP с длиной волны излучения Я=1,3 мхм, времена нарастания и спада по хф-опнязл (0,1-0,9) составляли 150 и 170 пс, соответственно. Отлпчпо донной величины времени нарастания .от приведенного выше ('t=50 пс) связано с более длинным импульсом возбуадония и с меньшей шириной полосы пропускания СВЧ тракта, использованных прп измерении, а что касается времени спада, то это отличие связано с различием условий возбуждения (функций генерации) неравновесных носителей по длине активной области.

Шумы исследовшгаых фотодиодов при нулевом смещении были тепловыми, а при обратных смещениях ( V<5 В ) соответствовали дробовым шумам. Оценки показали, что при комнатной температуре пороговая чувствительность составила NEP=(1,02-4 )• 10"11 Вт/Гц'/г.

Четвертый параграф посвящен исследованию лавинного умнс.кения фототока в структуре на основе GalnAsSb. Структуры, изопер.юдныв с n-GsSb (111), представляли собой фактически двойную гетэроструктуру, в которой узкозонный активный слой n-Ga0 80In0 20Аа0 ,7Sb0 вз, с концентрацией носителей тока

(5-7)- 101Гсм"3, был расположен меаду буфорным широкозошшм слоем n-CaQ 67A1q 33Asq 03SbQ g7 с концентрацией носителей тока

(1-3)'1017см-3 и широкозошшм слоем ("окном") p-GaAlAsSb того ко состава легированным до концентрации дырок 1 • 1019сг,Г3. Мозадиоды имели даа^тр 300-400 мкм.

Были исследованы обратные ветви ВАХ.ВФХ, спектральное распределение фоточувствительности и лавинное умножение фототока в зависимости от длины волны света и тешературы в интервале (78-296)К.

Согласно ВФХ полученные р-n пэрехода были резкими, с шириной 0ПЗ-лежащей, в основном, в узкозонной активной области, W =3-10_5см. .

о • ••

Представлены результаты исследования спектрального распределения фоточувствительности структур GalnAsSb/GaAlAsSb при трех температурах 78,196"и 296 К. В области (1,5-2,2)мкм квантовая эффективность без усиления составила ' (0,4-0,6)А/Вт при 296 К.

Продставлвш" результаты исследования спектральной зависимости коэффициента лавинного умножения от обратного напряжения при температурах 78 К и 296 К. Кривые снимались при освещении фотодиодных структур через широкозонный слой p-GaAlAsSb монохро-матическиу светом различннх длин волн. С увеличением длины вол1ш излучения коэффициент умножения возрастал, поскольку ОПЗ практически целиком лекала в узкозошой n-области, с максимальным значением электрического поля вблизи границы с широкозошшм оссещаотм слоем p-GaAlAsSb. Оценка отношения коэффициентов ионизации была сделана для Б Z- 105В/см. Оказалось, что

т&х ,

отношение р/а увеличивалось- с понижением температуры и изыеня-

лось от р/а=т при 296 К до р/а=10 при 78 К.

Пятый параграф посвящен исследованию ЛФД с разделении!,га областями поглощения и умножения (ЛФД РПУ) на основе твердых растворов GalnAsSb/GaAlAeSb (поглощение в узкозонном, а умножение в широкозпнном материале). . Расположение области умножения с р-п переходом в шрокозонном материале позволяет сь^зить величину электрического поля на гетерогранице с узкозонной областью и избежать значительных туннельных токов в этой области, когда в области умножения достигается лавиншй пробой.

Изготавливались структуры двух' типов, изопериодних с подложкой GaSb (111), в которых, угкозошше области были ЫшйЛНйШ ЬЗ 'гвоиДОГи раитЬира ii-GaLiAtiSu 0,52 аВ), толщиаий 1,7-2,2 мкм и с концентрацией носителей тока (5-7)- 10,5см~3. Для < l области умножения в первом типе был выращен твердый раствор i n-Ga0 б7А10 33As0 03Sb0 97 (Eg=1,2 эВ) непрямозонного состава, толщиной 0,3 мкм и с концентрацией носителей тока 7-101бсм~3, во втором типе был выращен твердый раствор n-Ga0 дбА10 0ДЗЬ резонансного состава (Eg~Ao«0,76 эВ) с толщиной 0,з' мкм 'и с концентрацией носителей тока 8-1016см~3. Поверх этих слоев, в структурах, наращивались твердые растворы

p-Ga0 б?А10 33As0 03Sb0 g7 , которые обеспечивали эффективный ввод излучения в структуры.

. Были исследованы ВАХ, ВФХ, лавинное умножение фототока, спектры фоточувствитёлыюсти, быстродействие и шумовые характеристики ЛФД.

Представлены результаты исследования ВАХ в интервале температур (78-296Ж, которые показали, что температурный коэффициент напряжения' пробоя был . положителен, -jjr >0 ,

7=2-10~3К~1, то есть пробой носил лавинный характер.

Величина электрического поля в ОПЗ широкозонного р-п перехода составляла «3.5-10?В/см и падала до величины 8-1О^В/см на границе с узкозошшм слоем. Гляе проникало в узкозонннй слой при напряжении на структуре около Л В. Заметное умноненпе фототока наблюдалось уже при Vjt6 В.

Представлены результаты исследования спектрального распределения фэточувствигельностг при различных напряжениях. Поскольку освещение ЛФД проводилось через широкозошшй р-слой, фото-

чувствительность при нулевом смещении определялась главным образом СаЛ1АзЗЬ. С ростом напряжения свыше 4 В, когда электрическое поле цронжало в узкозонннй слой, спектр фотоответа шел вид, характерный для гвтероструктуры, и его длиноволновые и коротковолновые спада соответствовали значения:»! ширины запрещенной зоны широкозонного и узкозонного материалов. Наблюдалось заметное увеличение фоточувствлтельностп, ооответствувдаэ коэ№щиен-там умножения 30-50 при комнаткой температуре.

Представлены зависимости коэффициентов умножения носителей заряда от обратного напрякощя при освещении монохроматическим светом с различной длины волны. Быстродействие ЛФД было не хуне (0,5-1,0)нс.

Зависимость спектральной . плотности мощности шума Бы от коэффициента умпокения фототока дается выражением [51:

Бш(К) = 2о1ф011аР (И).

где е - заряд электрона, -1ф - юпщирувдйЙфототок,; Р(М) -- коэффициент избыточного шума(. шумовой фактор) , Н - кааДиционт умношния фототона ( М-- ) '' ■

Представлены результаты исследования спектральной плотности мощности шума от величины фйтотоха. По наклона'-? кривых в области резкого роста Бт<1ф) был определен вид зависимости Р(Щ и определены значения- Р(М) при Й=10, а тага® . отношения коэффициентов ионизации дырок и электронов в трех типах структур. • .

Самое низкое значение Р=! ,6 получено для ДФД. ШУ с "резонансным" : составом в . области умножения. В ЛФД обычной конструкции, на основе <5&1пАбЗЬ, получено р/а=7, что хорошо согласуется, с результатами .определения р/а по коэффициентам умножения фототока в твердых растворах Са1пАБЗЬ.

. В приложении приведены описания стандартных эксперимента чьных установок, для исследования электрических и фотоэлектрических свойств фотодиодаых структур, устройства для получения промежуточных температур в 'диапазоне.' (78-400Ж, а такие измерительные схемы для исследования кинетики фотоответа и шумовых, характеристик фотодиодов. - • , - •

В общем заключении к работе сформулированы наиболее векные

(

результаты проведанных исследований:

1. Проведен анализ условий фазового равновесия для твердого раствора Ga( _.îInxAaySb1 для • температур (873-723 )К и разработана технология получения эпитаксиалымх слоев' Gat^In^Aa^Sb,_у изопериодных с GaSb в области х<0,25:

- показано, что коэффициент сегрегации шцьяка имеет ориен-тационную зависимость, который максимален при ориентации (¡11)А;

- установлено, что апнтакспалышо слои выращивав!ще из одного и того ке расплава имеют различные периода решетки в зависимости от ориентации подложки;

- установлено, что увеличение концентрации гшщъяка в расплава при tïimcilpuaawioii ЛОНЦЬЙТраЦИЙ итимоа гшшш и иурьмы, приводит к увеличению периода решетки эпитаксиалыгаго слоя для (111 )В и к уменьшению периода решетка, ашгансиальпого слоя для

| (100) и (111 )А.

1 2. Разработана технология изготовления p-1-n фотодиодов на основе гетероструктуры - GaSb/GalnAsSb/GaAlAsSb и лавшшах фотодиодов с разделенными областьями поглощения и умножения на основе GaSb/GalnAsSb/GaAlSb/GaAIAsSb.

3. Проведен" исследования электрических и фотоэлектрических характеристик p-1-n и лавинных фотодиодов и показано:

- спектральная чувствительность гетерофотодиодоз n-GaSb/

/n-Ga0.80Ino.2bASQ. !7SbC.ОЗ^-^О. 66А10.34А30.03Sb0.97 Л0КЭТ В

ннтервало (1,2-2,4)икм, длинноволновый край которого соответствует ширине запрещенной воин узкозонного слоя, о коротковолновый край - широкозонного слоя. При обратных смещениях Vo6p=2 В квантовая эффективность разных фотодиодов в области (1,3-2,2 )мкм- составляет (0,4-0,6) электрон/фотон;

- тешературные .'зависимости вольт-ar,тарной характеристики гетерофотодиодов

n-GaSb/n-Ga0iSOIn0i20As0_175b0i83/p-Ga0i6?Al0i33A30i03Sb0i97 в интервале (170-370)11 показали, что при обратных напряжениях Vo6p" 3+5 в протекчние обратного тока описывается генеряционно--рекомбинационшш механизмом и эффективное время :азни неосновных носителей тока составляет Ю~°-10~9с;

- обнаружено лавинное умножение фототока в структурах на основе GalnAsSb и установлено, что отношение коэффициентов

ионизации дырок и электронов р/а увеличивается с понижением температуры;

- введение в фотодиодную структуру п-СаЗЬ/п-Са1пЛзЗЬ/ /п-Са(_кА1хЗЬ/р-0аЛ1ЛзЗЬ с разделенными областьями поглощения и умножения твердого раствора Са^АХ^БЬ "резонансного" состава (х=0,04 , Е£«До=0,Тб эВ) приводит к существенному возрастанию отношения коэффициентов ионизации дырок и электронов (р/а=60) и уменьшению коэффициента избыточного шума.

Основное содержание диссертационной работы отражено б следующих опубликованных работах:

1.Фотодиода на основе твердых растворов Са1пАаЗЬ/СаА1АзЗЬ. И.А.Андреев, М.А.Афраилав, А.Н.Баранов, В.Г.Данильченко, Ы.А.Мирсагатов, М.П.Михайлова, Ю.П.Яковлев. Письма в ЕЛ, 1986, том 12, вып.21 стр. 1311-1315.

2. Лавинное уынояоние в фогодиодных структурах на ос ноле твердах растворов Са1пАз£Ь. И.А.Андреев, М.А.Афрзилов» А.Н.Варанов, М.АД'дрсагатоа,' М.П.Ыихайлова, Ю.П.Яковлев. Письма в И®,

1937, том 13, вып.8 стр. 481-485.

3.Лавинный фотодиод с разделенными областями поглощения и умножения на основе • Са1МзБЬ/СаА1АзЗЬ. И.А.Андреев, М.А.Аф-раилов, А.Н.Баранов, М.А.Мирсагатов, М.П.Михайлоза, Ю.П.Яковлеа.

Письма в ЖТФ, 1983,' том 14, вып.11 . стр. 886-991.

4. Сверхбыстродействующий Р-1-Н фотодиод на осново 0а1пДзЗЬ для спектрального диапазона 1.5-2.3 шл И.А.Андреев, М.А.Афраи-лов, А.Н.Варанов, С.Г.Котиков» Ы.А.Мирсагатов, Ы.П.Михайлова, О.В.Салата, В.Б.Уман'ский,. Г.М.Сштрогорт, Ю.П.Яковлав, Письма в ХГГФ, 1989, том 16, вып.7 стр. 15-19.. ■

б.Ыалопумящне лавинные фотодиода с разделенными областьями поглощения и ушогения. для области спектра 1,6-2,4 мкм.' И.А.Андреев, М.А.Афраилов, А.Н.Варанов, Н.И.Марьинская, М.А.Мирсагатов, М.П.Михайлова, Ю.П.Яковлзв. Писька в ЗЕТФ, 1989, том 15, вып.17 стр. ,71-76.

6. Усиление фототока в изотипных п-п гетероструктурах. И.А.Андреев, А.Н.Баранов, М.А.Мирсагатов, М.П.МихаЯлова, А.А.Ро-гачев, Г.М.Филаретова, Ю.П.Яковлев. Письма в НТФ, 1988, том 14, вып.5 стр. 389-393. •

7. Закономерности жидкостной эпитаксии изопериодных структур Оа^^Гп^БЬ^уАЗу/СаЗЬ. А.А.Гусейнов, А.Н.Баранов, Б.Е.Дкур-

танов, М.А.Мирсагатсв, II.II.Фалеев, Ю.П.Яковлев. Тезисы докладов 7 Всесоюзной конференции по росту кристалоз. Москва, стр. 279-280, 1988.

8. Лавинное умножение в твердых растворах GalnAsSb. И.А.Ля-' дроев, М.А.Афраилов, А.Н.Баранов, М.А.Мирсагатов, М.П.Михайлова, Ю.П.Яковнов. Тезисы докладов V Всесоюзной конференции по тройным полупроводниковым соединениям. Шшшшв, 1987.

9. Усиление фототока в изотшшой п-п гетороструктуро GnSb-GalnAsSb. И.А.Андреев, А.Н.Барапоз, М.А.Нирсагатоз, U.II.Михайлова, А.А.Рогачев, Ю.П.Яковлев. Тезисы докладов всосоюзной конференции по Физике полупроводников. Кишинев. 1988.

10. Высокоточный метод расчета фазовых равновесий расплав-твердое тело в системах А3В5 ( на примере In-Ga-As-Sb ) А.А.Гусейнов, Б.Е.Дг;уртанов, А.М.Литвак, М.А.Мирсагатов, Н.А.Ча-

; ртсов. Письма в ЖГФ, 1989, том 15, nun.17 стр. 71-76.

11. Коэффициент истшзйции электронов и дырок в твердых растворах GalnAsSb. И.А.Андреев, М.А.Афраилов, А. Н. Баронов, М.А.Мирсагатов, М.П.Шшзйлова, Ю.П.Яковлев. Тезисы докладов I Всесоюзной конференции по фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках. Ташкент, 1S89, стр. 109-110.

Цитированная литература

1» Ilerzberg С. Infrared and Raman spectra of polyatomic

molecules. —- Molecular spectra and Molecular structure 11 Van. IIoatrsM, 1945, v.9, pp.306-310.

2. Lucas J. Infrared fibers. — Infrared phlslcs, 1985, y.25, По 2, pp.277-282.

3. Stringfello?; G.B. fllsclblllty Gaps In quaternary 111/v alloys. — J. of Crlstal Growth, vol.58, Ho 1, pp.194-202.

4. Баранов A.II., Конников С.Г., Попова Т.Е., Умансюгй D.E., Яковлев Ю.П. 2-Ишт стабилизащш состава упдкой фазы в Ga-Al-As-Sb — Письма в Ж* 1932, т.а, в.7, стр. 432-43С.

5. Mclntyre B.J. Multiplication noise In uniform avalanche

dlcdes. - IEEE Trans. Electron. Dev., 1966, vol.ED-13,

pp. 164-167.

галлии лнгишвдининг цлттщ эришалари асосвда <готоприемнйкяар ясаш ва таддощ этйш

мирсагатов мурад атхамович квдача чазмупи

Ушбу ¡диссертация СаЗЬ/0а1пАзЗЬ/0аА1(Аэ)ЗЬ асосида фотодиод-лар яратшп ва уларшшг фотозлоктрик ва элоктрофизшс хусусиятла-ршш урганшага бапилаигап.

Са,_к1п^АззгБЬ1 ( х$0,25 ) каттик эрнтмаларшшнг хар хил ориэктащшл!: галлий антимонидп тягликларига Са-1п-Ав-ЗЬ сука; эритмасвдап кристаллашшидаш узига хос хусусиятлар урганилди. ^¡иан бир хил сущ эритыадан • кристалланадигап Са1пАзЗЬ иаттк; эритмалари наитараларжпшг даврк тагллк ориентащлсига куйлдагича: а(111)13;> > а(юо)> °(п 1 )л богланганлиги ашщлоиди.

Суки; эритма таркибида галлий ва сурма атомларк мпкдорчци узгартирмасдан кишьякнинг оршии катти; эрнтма кристал панл:арас:; давриш (111 )В таглшсларида орткшигава (100), (111 )А таглпк-лорида камайюзига олиб колааш ашщлэндп.

Куп цатлзмли изодаврли 0аЗЬ/Са1пАБЗЬ/СаА1(Аз)ЗЬ/СаА1АзЗЬ гетороструктура технология«! шлаб чшделда. Ушбу гетерострукту-ралар ссосада мэза-даодиар ясалда хазда уларшшг вольт-шлшр харэктеристшсапаркшшг хароратга Соишклаги (170-370)К интервал учун, спектрал фотосезувчанлнги ва импульс растр электрон микроскопа усули билан ишлаа тезлаги токпиралда.

(«аГпАвЗЬ" асосядаги фотодаодларда кучкисалоц купайш ходаса--си кузатилди ва бунда купайпа йова:_1ар усилюрлигдда будили курсатилди. Хороратшшг пасайкши билан ковак1 ва электронларшшг ионлаи коэффицяентлари нпсбаткшшг ортшш аницланда.. .

Са1пАзЗЬ/СаА1 (Ая )ЯЬ 1;атпщ эритмалари асосида ютилиш в а купайки сохалари вкратилгаи' кучкнли фотодиод (ЮКА КФД) ясадди ва текширилда. ■

Са1пАзЗЬ асосидаги ПСА КФД нинг купайиш соха сига "резонанс" зоиали 0ао 96Д10 04ЗЬ (Ез«Ао=0,Тб эВ) чаттш; эритмаси киритил-ганда ковак ва электронларшшг иойлаш козффициентлари нисбати-нинг кескин ортиши ва ортицча. шовцин коэффчциентишшг камайиши курсатилди.

ELABORETION AND IliVISTIGATION OF THE PHOTODIODES 2ASED OH SOLID SOLUTIONS OF GALIIUÏJ ANTIMONY

MIIÎSAGATOV If .A.

ABSTRACT

Thi3 thesis la dedicated to the elaooretion and Investigation of the photodiodes baaed on GaSb/GalnAoSb/GaAl (As)Sb as well an studying or their photoelectrical, electrical and physical paramotera.

The liquid phase epitaxial growth processes oi Ca, _In_A3_Sb« _ quaternary alloys en GaSb substrates have been studied. It is proved that the lattice constant of solid solution GalnAsSb crystallized from liquid solution Ga-In-A3-Sb , of the same composition depends on the substrate direction as ! follows a(l11)„> a(100)> a(111)A.

It Is discovered that the increasing of arsenic on the liquid solution with a constant concentration atoms gallium and antimony leads to increasing of lattice constant period of solid solution GalnAsSb for substrate (111)B and to decreasing for (100) and (111 )A.

The niultylayer GaInAsSb/GaAl(As)Sb/GaAlAsSb hetero3truc-tures lattice-matched to GaSb have been obtained and the mesa-diodes on'their basl3' have been fabricated. The temperature dependence of the Voltage-current characteristic over the temperature interval (170-370 )K, photocurront opectrum and photoresponse speed of photodiodes are explored.

It la found avalanche multiplication In solid solutions GalnAsSb and it is proved that multiplication is realized mainly by hole. It is determined that temperature decresing lead to increasing of the ratio of hole and electron Impact ionization coefficients.

A separate absorption and r triplication avalanche photodiodes (SÀM-APD) r.ade from GaSb/GalnAsSb/GaAl (As)Sb/GaAlAsSb are explored. It is shown that with the introduction In to the photodiode multiplication field on the basis of GalnAsSb of solid solution Ga, A1 Sb "resonance" coianosition increased the

1 -x x

ratio of hole and electron Impact Ionization coefficients and It is rcduced excess noise factors.