Elektronika 2009-05.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych ...

pełni 90. okresów supersieci, w których warstwy GaSb są domieszkowaneBe. Następnych 40 okresów SL jest niedomieszkowanych.Poprzedzają one 60 okresów supersiecistanowiących obszar typu n, w którym InAs jest domieszkowanySi. W strukturze tej naprężenie ściskające wywołaneniedopasowaniem InAs i GaSb jest kompensowane przez wykonaniemiędzypowierzchni typu In-Sb.Ze względu na bardzo dużą liczbę zmiennych parametrów(grubość warstw, skład, orientacja krystalograficzna, typ międzypowierzchniitp.) pierwszą czynnością przy projektowaniustruktury SL II jest modelowanie teoretyczne. Najczęściej stosowanąmetodą obliczania struktury pasmowej jest formalizmprzybliżenia obwiedni funkcji EPA (Envelope-Function Approximation).Metoda ta została zmodyfikowana przez Szmulowiczai innych, w celu uwzględnienia także efektów związanychz międzypowierzchniami [15,16]. Przez właściwe modelowanieparametrów struktury możliwe jest nie tylko dopasowanieprzerwy energetycznej supersieci, ale także zmodyfikowaniecałej struktury energetycznej pod kątem optymalizacji absorpcjioptycznej, redukcji rekombinacji Augera i prądów tunelowych[17,18]. Masy efektywne w strukturze supersieciInAs/Ga(In)Sb nie są zależne bezpośrednio od przerwy energetycznej.W porównaniu do masy efektywnej elektronuw HgCdTe, masa efektywna w supersieci jest dużo większa,co prowadzi do redukcji wkładu tunelowania do prądu upływu.Także dzięki dużej wartości masy efektywnej zwiększa się wartośćłącznej gęstości stanów, co kompensuje mniejszą wartośćoptycznego elementu przejść optycznych w supersieci.Z powodu bardzo dużej liczby stopni swobody przy projektowaniustruktur, należy uwzględnić orientację podłoża, grubośći ilość poszczególnych warstw, ich skład chemiczny, typmiędzypowierzchni, naprężenia w supersieci oraz całkowiteniedopasowanie struktury. Konieczne jest także rozważenieproblemów technologicznych wynikających z metody wzrostu,polegających na realistycznej ocenie poziomu technologii: minimalnejgrubości warstw i koncentracji zanieczyszczeń, dyfuzjidomieszek, rozciągłości obszarów międzyfazowych.Pewnym ograniczeniem w technologii fotodiodz InAs/Ga(In)Sb, a szczególnie matryc detektorów, są podłoża.Problemem jest duża absorpcja GaSb w podczerwieni. Abyuzyskać dobrą transmisję promieniowania, wymaganą przyoświetlaniu fotodiod od dołu, podłoża muszą być pocieniane.Kluczowym elementem mającym olbrzymi wpływ naparametry pojedynczych przyrządów i matryc detektorów jestpasywacja powierzchni. W konstrukcji typu mesa ścianyboczne detektorów wykonanych przy użyciu SL IIInAs/Ga(In)Sb, podobnie jak w przypadku detektorówHgCdTe, są źródłem upływności elektrycznej przyrządów.W wielu pracach wykazano, że nanoszenie na powierzchnięwarstw dielektrycznych typu SiN X nie jest skuteczne.Natomiast bardzo dobre rezultaty uzyskano w NorthwesternUniversity nanosząc SiO 2 techniką plazmową [19,20].Najskuteczniejszą metodą wydaje się być jednak nanoszeniemetodą epitaksji warstwy AlGaAsSb [21]. Związek ten jestizolatorem dopasowanym sieciowo do podłoża GaSb(rys. 12). Jest on nanoszony w dodatkowym procesie pouprzednim zdefiniowaniu struktury typu mesa. Technologia tajest stosowana obecnie we Fraunhofer-Institut fuerAngewandte Festkoerperphysik. Ten sam związek jestwykorzystywany jako wysokorezystywna warstwa buforowawytwarzana na podłożu.Alternatywnym rozwiązaniem jest krystalizacja struktur SLz InAs/Ga(In)Sb na niedopasowanym sieciowo podłożu, np.z InAs. Kluczowe znaczenie ma w tym przypadku lokalizacjadyslokacji niedopasowania poza aktywnym obszaremdetektora. Bardzo istotnym argumentem za zastosowaniemtych podłoży jest możliwość wykorzystania immersjioptycznej. Umożliwi to radykalny wzrost wykrywalnościi szybkości działania przyrządów. W immersji optycznejwykorzystuje się zmniejszenie rzeczywistego polapowierzchni przyrządu przy zachowaniu “optycznego” polapowierzchni, co pozwala na ograniczenie obszaru generacjitermicznej nośników i wynikającego z tego szumu, a takżezmniejszenie pojemności elektrycznej złącza. Aktywnyelement detektora o polu powierzchni A e jest “widziany” przezsoczewkę immersyjną jako większy o polu powierzchni“optycznej” A o . Stosunek tych powierzchni zależy odwspółczynnika załamania materiału soczewki n i wynosi n 2 dlasoczewki półsferycznej i n 4 dla hiperpółsferycznej.Konsekwencją jest wzrost czułości napięciowej (czynnikiodpowiednio n 2 i n 4 ), wykrywalności znormalizowanej(czynniki odpowiednio n i n 2 ). Równocześnie następujeobniżenie pojemności elektrycznej C i polepszenie stałejczasowej RC, a także zmniejszenie mocy zasilaniaw fotodiodach (czynniki odpowiednio n 2 i n 4 ).W przypadku soczewki hiperpółsferycznej z InAs, zewzględu na dużą wartość współczynnika załamania n ≈ 3,45,poprawa czułości napięciowej detektora w stosunku dokonwencjonalnego detektora bez immersji optycznej wynosiok. 140 razy.Rys. 12. Nanoszenie warstwy AlGaAsSb na strukturę mesa detektora InAs/GaInSb SL II [11,21]Fig. 12. Evaporation of AlGaAsSb on InAs/GaInSb SL II mesa structure [11,21]ELEKTRONIKA 5/2009 57