УДК 539. 219. 621
АЛФИМОВА Д.Л., БЛАГИН А.В., ЛУНИН Л.С.
ЛАВИННЫЕ ФОТОДИОДЫ НА ОСНОВЕ СВЕРХРЕШЕТКИ
InSb-InSbBi
Волгодонский институт ЮРГТУ (НПИ), г. Волгодонск, ул. Ленина 73/94, тел.: 25668
Анализ физических свойств гетеропереходов, проведенный нами для
гетероструктур InSbBi/InSb, показал, что причиной возможной деградации
частотных характеристик и добротности фотодетекторов с использованием этих
твердых растворов могут быть скачки в зонной структуре гетероперехода.
Эффективность гетероперехода со скачком потенциала в валентной зоне на
гетерогранице Е пропорциональна exp (Е/kT), где
Е = Еg1 - Еg2 - Е0
Захват носителей приводит к замедлению релаксации фототока с постоянной
времени ~ exp(Е / kT) ≥ 10 нс, что существенно снижает быстродействие
фотоприемников. Значение Е для гетероперехода InSb0.98Bi0.02/InSb составляет
около 0,05 эВ.
Сглаживание гетеропереходов достигается применением буферных слоев
постоянного или переменного по толщине состава[1]. Оптимальным вариантом
здесь могут оказаться сверхрешеточные структуры, варизонность которых
сохраняется на больших длинах ~ 1,5 мкм.
Для реализации этой задачи нами были получены с помощью методики[2]
двойные гетероструктуры InSb - InSbBi.
Согласно[3], рост Bi-содержащих твердых растворов может происходить как
автоволновый концентрационный процесс в условиях потери устойчивости фронтом
кристаллизации. Нами был получен ряд образцов, состоящих из чередующихся
слоев InSb и InSb0.985Bi0.015. Перекристаллизация осуществлялась при Т = 693 К, grad
T = 30 К/cм движением плоской жидкой зоны усредненного состава In0.45Bi0.55 со
скоростью (65 10) мкм/час. Общая толщина эпитаксиальной пленки InSb-InSbBi
составляла около 5,5 мкм. На рис. 1 приводится электронная микрофотография

поверхности выращенных образцов. Как отдельные слои, так и структура в целом
обладают высокой планарностью, толщины разных слоев близки. Слои InSb,
чередующиеся со слоями InSbBi, образуют правильную периодическую структуру с
периодом TSL = 120 нм.
Центр эпитаксиальной структуры либо свободен от дислокаций
несоответствия, либо содержит их незначительное количество. Измерение
удельного сопротивления четырехзон-довым методом показало, что концентрация
висмута по диаметру эпитаксиальных структур не изменялась. Поэтому можно
считать, что увеличение плотности дислокаций несоответствия связано с
радиальными градиентами в процессе роста структур, что обуславливает градации
интенсивности на электронной микрофотографии.
Рис. 1. Электронная микрофотография поверхности гетероструктуры
InSb - InSb 0.985 Bi 0.015 - 20000.
Измерения, проведенные на основе рентгенографических исследований,
показали, что суммарная толщина пары слоев InSb и InSbBi
d1 + d2 ≈ 120 нм.
Ширина запрещенной зоны в такой сверхрешетке при переходе от слоя к слою
модулируется по закону:
Eg(x) = (Eg1d1 + Eg2d2 )/(d1 + d2)
Рис. 2. Схема лавинного фотодиода на основе сверхрешетки InSb-InSbBi

При этом снимается проблема программированного изменения состава
твердого раствора на малых длинах (~ 0,1 мкм). Градиентный слой уменьшает
величину скачка в валентной зоне так, что Е 0 и длинновременная
составляющая релаксации фототока p 0. Быстродействие при этом может
сокращаться до значений ~ 1 нс. Структура такого лавинного фотодиода
представлена на рис. 2. Топологически такой прибор приводится к структуре
фотоприемника с растровыми электродами, изоляция между которыми выполнена
обратносмещенными p-n-переходами.
Таким образом, в технологии фотоприемных устройств инфракрасного
диапазона (спектры фотолюминесценции имеют максимум вблизи 8,7 мкм) могут
быть перспективны структуры типа квантовой ямы.
1. M.Razeghi and A.Rogalsky. Semiconductor ultraviolet detectors // Applied physics
reviews. 1996, V.79. 10. P.7433-7473
2. Лунин Л.С., Сысоев И.А., Благин А.В., Алфимова Д.Л. Исследование
возможности получения непоглощающих
окон
в
двойных
лазерных
гетероструктурах методом ЗПГТ // Изв. Вузов Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. -
1999. - 1. - С. 61-66.
3. А.В. Благин. К проблеме самоорганизации сверхрешеточных структур в тонких
пленках многокомпонентных висмутсодержащих соединений. Кристаллизация и
свойства кристаллов. Межвуз. сб. тр. Н-ск, 1999 г. С. 71-75.