log <strong>10</strong>I [a.u]642#A70 pomiar na GaSbobliczenia:GaAs 0.86 umGaAsSb(0.005) 0.14 umGaSb 4um20 nm60x40x90xInAs:Te n-type<strong>10</strong> ML InAs:Te/<strong>10</strong> ML GaSb n-type<strong>10</strong> ML InAs/<strong>10</strong> ML GaSb undoped<strong>10</strong> ML InAs/<strong>10</strong> ML GaSb:Be p-type5x<strong>10</strong> 17 cm -35x<strong>10</strong> 17 cm -3undoped2x<strong>10</strong> 17 cm -3<strong>10</strong>0 nmGaSb:Be p-type2x<strong>10</strong> 17 cm -30900 nmGaSb:Be p-type1x<strong>10</strong> 18 cm -360 61 62 63 64 65 662θ [deg]400 μm2” (<strong>10</strong>0) GaSbundopedRys. 5. Krzywa dyfrakcji rentgenowskiej dla struktury GaSb na GaAsFig. 5. X-ray diffraction pattern of GaSb on GaAsRys. 8. Schemat struktury detektora na bazie supersieci InAs/GaSbna GaSb wykonanej w ITEFig. 8. Schematic layer structure of InAs/GaSb superlattice detectoron GaSb fabricated at IETlog <strong>10</strong>I [a.u]642#A83pomiarobliczenia:GaAs 0.9A (0.3ML)InAs 29.9 A (9.9 ML)InSb 4.3 A (1.3 ML)GaSb 29.6 A (9.7 ML)Rys. 6. Obraz AFM dla struktury GaSb na GaAsFig. 6. AFM image of GaSb on GaAs053 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 672θ [deg]PL intensity (a.u.)240160800Wavelength (µm)6.5 6 5.5 5 4.5 4A080A072A092 InAs V/II=4.2, FWHM = 13.44 meVA091 InAs V/II=2.8A090 InAs V/II=3.5A089 InAs V/II=4.2, FWHM = 16.46 meVA080 (on GaAs) InAs V/II=5.6, FWHM = 14.35 meVA072 InAs V/II=5.6, FWHM = 14.7 meVA092200 225 250 275 300 325 350Energy (meV)T=<strong>10</strong>KRys. 7. Fotoluminescencja supersieci InAs/GaSb wytworzonych przyróżnych stosunkach strumieniach pierwiastków V/III podczas wzrostuInAs wytwarzanych na podłożach GaAs i GaSbFig. 7. Photoluminescence of InAs/GaSb superlattices grown at differentV/III flux ratios of InAs layer on GaAs and GaSb substratesRys. 9. Krzywa dyfrakcji rentgenowskiej dla struktury InAs/GaSb naGaSb wykonanej w ITEFig. 9. X-ray diffraction pattern of InAs/GaSb structure on GaSb fabricatedat IETNa rysunku <strong>10</strong> przedstawiono widma fotodpowiedzi dla strukturydetektora wykonanej w ITE. Struktura ta składa ze 130 parwarstw typu p – rys. 8. Długofalowa granica widma dla tej strukturywynosi ok. 5,5 μm w T = 14K. Po prawej stronie przedstawionowidma dla podobnych struktur wykonanych w Instytucie Fraunhofera.W tym przypadku długofalowa granica widma zmierzonaw nieco wyższej temperaturze, w 77K wynosi 5 μm. Zmniejszenieabsorpcji przy długości fali ok. 4,2 mikrona jest artifactem i wynikaz istnienia linii absorpcyjnej CO 2w powietrzu. Kolejne widma fotoodpowiedzisą zmierzone dla struktur z różną ilością par warstwtypu p w supersieciach 130…940.Z rozważań przeprowadzonych przez Rehma i in. wynika, żesprawność struktur detektora typu p-i-n na bazie supersieci InAs/GaSb silnie zależy od ilości par warstw typu p [2]. Maksymalnewartości sprawności uzyskuje się dla detektorów z supersieciz bardzo dużą ilością warstw, wynoszącą ok. <strong>10</strong>00 par warstw<strong>10</strong> ML InAs/<strong>10</strong> <strong>10</strong> ML. Grubość takiej supersieci wynosi ok. 6μm. Oznacza to, że detektory z supersieci InAs/GaSb o długo-20<strong>Elektronika</strong> <strong>10</strong>/<strong>2011</strong>
Wavelength (µm) 1x<strong>10</strong> 18 cm -33.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7<strong>10</strong>0 nmGaSb:Be p-type<strong>10</strong>0 nmGaSb:Be p-type1x<strong>10</strong> 17 cm -340x9 ML InAs/<strong>10</strong> ML GaSb:Be p-type1x<strong>10</strong> 17 cm -3Photoresponse (a.u.)0.80.4T=14KNormalized A84-14KNormalized A83 14K0.0400 350 300 250 200Energy (meV)300x60x<strong>10</strong>0 nm4 μm1<strong>10</strong>0μm9 ML InAs/<strong>10</strong> ML GaSb undoped9 ML InAs:Te/<strong>10</strong> ML GaSb n-typeGaSb:Te n-typeGaSb:Te n-type2” (<strong>10</strong>0) GaAsundoped5x<strong>10</strong> 17 cm -35x<strong>10</strong> 17 cm -31x<strong>10</strong> 18 cm -3SIRys. <strong>10</strong>. Widma fotoodpowiedzi struktury schematycznie przedstawionejna rys. 8Fig. <strong>10</strong>. Spectrally resolved photoresponse of InAs/GaSb superlatticestructures schematically shown in Fig. 8Rys. 12. Schemat struktury detektora na bazie supersieci InAs/GaSbna GaAs wykonanej w ITEFig. 12. Schematic layer structure of InAs/GaSb superlattice detectoron GaAs fabricated at IETRys. 11. Widma fotoodpowiedzi struktur wykonanych w InstytucieFraunhofera o różnej ilości par warstw typu p [2]Fig. 11. Spectrally resolved photoresponse of InAs/GaSb superlatticestructures with different number of p-type periods. fabricated atFraunhofer Institute [2]falowej granicy ok. 5,5 μm, optymalizowane pod kątem maksymalnejsprawności powinny mieć grubość absorbera blisko <strong>10</strong>00par warstw. Wykonanie takiej struktury jest wyjątkowo trudne zewzględu na konieczność kompensacji naprężeń mechanicznychwarstw InAs/GaSb przez odpowiednią sekwencję międzypowierzchni.Pierwsze struktury detektorowe wytwarzane w ITE były stosunkowocienkie – rys. 8. Dlatego też kolejne kroki technologicznezwiązane były z pogrubianiem warstwy absorbera.Bardzo istotną poprawę wielu parametrów detektorów podczerwieniuzyskuje się przez stosowanie mikrosoczewek z GaAs.Zastosowanie optyki immersyjnej pozwala także na poprawęwykrywalności ok. 3 i <strong>10</strong> razy w przypadku zastosowania odpowiedniohemisferycznych i hiperhemisferycznych. Ponadto wykonaniemonolitycznych mikrosoczewek immersyjnych bezpośredniow podłożu na którym wytworzona jest struktura pozwalana oświetlanie struktur od dołu. Taka konfiguracja pozwala nawykonanie metalicznego kontaktu elektrycznego od góry, którypełni także role zwierciadła. W detektorach o takiej geometrii promieniowaniepodczerwone przechodzi dwukrotnie przez obszarabsorbera. Rozwiązanie to jest bardzo korzystne w przypadkusupersieci II rodzaju gdy wytwarzanie supersieci wielokrotnychz InAs/GaSb jest wyjątkowo trudne.Na rysunku 12 przedstawiono schematycznie strukturę detektorana bazie supersici InAs/GaSb wytworzoną na podłożu GaAs.Przyrząd jest oświetlany od dołu. Grubość podłoża wynosi 1<strong>10</strong>0μm, co pozwala na wykonanie monolitycznej mikrosoczewki immersyjnejbezpośrednio w GaAs.Ze względu na duże niedopasowanie sieciowe GaAs i GaSbkonieczne było wytworzenie grubego – 4 μm bufora z GaSb:Te na GaAs. Obszar ten pełni także rolę warstwy kontaktowejtypu n. Przyrząd ten składa się z sekwencji wartsw odwrotnejdo tej jaką stosowano w detektorach na GaSb – rys. 8. Ponadtoobszar niedomieszkowanej supersieci składa się z 300 parwarstw InAs/GaSb. Oznacza to, że po wytworzeniu metalicznejwarstwy kontaktowo-zwierciadlanej na górze, efektywnie detektorbędzie absorbował promieniowanie w 600 parach warstwsupersieci.Pomiary dyfrakcji rentgenowskiej wskazuje na dobrą jakośćstruktury. Z dopasowania symulacji do eksperymentu wynika,że warstwy InAs i GaSb mają grubość odpowiednio 9 i <strong>10</strong> ML,a międzypowierzchnie są naprzeminnie typu GaAs i InSb o grubościachróżniących się 2 razy.Wszystkie omawiane struktury zostały przekazane do „processing”i pomiarów w VIGO SystemPraca była finansowana w ramach projektu PBZ-MNiSW-02/I/2007 pt. „Zaawansowane technologie dla półprzewodnikowejoptoelektroniki podczerwieni”.Literatura[1] Rehm R., M. Walther, J. Schmitz, J. Fleißner, F. Fuchs, J. Ziegler, W.Cabanski: InAs/GaSb superlattice focal plane arrays for high-resolutionthermal imaging. Proc. SPIE vol. 5957, pp. 595707-1 – 595707-8, 2005.[2] Rehm R., M. Walther, J. Schmitz, F. Rutz, J. Fleißner, R. Scheibner,J. Ziegler: InAs/GaSb superlattices for advanced infrared focal planearrays. Infrared Phys. Technol. vol. 52, pp. 344-347, 2009.<strong>Elektronika</strong> <strong>10</strong>/<strong>2011</strong> 21