1.1.4 Многокомпонентные полупроводниковые соединения

Наиболее перспективными материалами для изготовления оптоэлектронных приборов в спектральном диапазоне 1,8 - 3,0 мкм являются многокомпонентные твердые растворы на основе антимонида галлия (GaSb). Однако для твердых рас­творов Ga_1-xIn_xAs_ySb_1-y существует обширная область составов, недоступных для получения их методом жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ), так называемая область несмешиваемости [47]. Твердый раствор Ga_1-xIn_xAs_ySb_1-y может быть получен ме­тодом ЖФЭ на подложке GaSb изопериодным к GaSb только в диапазоне О < х < 0,29 (ширина запрещенной зоны E_g = 0,72 - 0,50 эВ), т.е. близкого к GaSb состава, и в диапазоне 0,74 < х < 1 (E_g = 0,30 - 0,24 эВ), т.е. близкого к InAs со­става [48].

В работе [49] были представлены первые длинноволновые лазерные струк­туры на подложке GaSb на основе твердых растворов Ga_1-xIn_xAs_ySb_1-y вблизи гра­ницы области несмешиваемости (длина волны λ - 2,5 мкм). Однако до настояще­го времени в литературе были описаны фотодиоды на основе таких твердых рас­творов, работающие при комнатной температуре, с граничной длиной волны λ_th¹, не превышающей 2,3 - 2,4 мкм.

В данной работе впервые сообщается о создании методом жидкофазной эпитаксии более длинно­волновых фотодиодов с граничной длиной волны λ_th¹ = 2,55 мкм на основе твер­дых растворов Ga_1-xIn_xAs_ySb_1-y / GaSb с составом вблизи границы области несме­шиваемости. Описаны особенности технологии и основные характеристики та­ких фотодиодов. Изучен эффект влияния кристаллографической ориентации подложки на состав выращиваемых твердых растворов, наблюдался рост кон­центрации индия от 0,215 до 0,238 в твердой фазе Ga_1-xIn_xAs_ySb_1-y в ряду (100), (111)А, (111)В ориентации подложки. Изменение состава твердого раство­ра приводит к сдвигу длинноволнового края спектрального распределения фото­чувствительности. Использование подложки GaSb (111)В позволило, не снижая температуры эпитаксии, увеличить содержание индия в твердой фазе до 23,8 % и создать длинноволновые фотодиоды со спектральной границей чувствитель­ности λ_th¹ =2,55 мкм. Описаны особенности технологии и основные характери­стики таких фотодиодов. Представленный технологический метод перспективен для создания оптоэлектронных приборов (лазеров, светодиодов, фотодиодов) на основе твердых растворов Ga_1-xIn_xAs_ySb_1-y с красной границей до 2,7 мкм.

В работе [51] представлены новые конструкции фотодиодов на основе гетероструктур InP-InGaAsP, которые могут быть использованы: в оптоэлектронных систе­мах передачи оптической информации через атмосферу Земли; в ВОЛС; в системах теле­метрии; ориентирования и управления в пространстве объектами, движущимися с большой скоростью. В качестве фотоприемников для ВОЛС используются высокочувствительные быстродействующие фотодиоды на основе кремния (для диапазона 0,8 – 0,9 мкм) и германия (для диапазона 1,3 – 1,6 мкм). Данные фотодиоды имеют pin структуру и обладают более высоким быстродействием, чем обычные диоды и применяются для приема оптической информации с длиной вол­ны в интервале 1,0 - 1,65 мкм. Разработанные конструк­ции обладают новыми функциональными возможностями в отличии от уже известных. Представлены: фотодиоды с управляемой чувствительностью, фотодиоды с селективной фоточувствительностью и фотодиоды с двухкоординатной чувствительностью квадратной и круглой формы.

Выводы:

В результате исследования свойств материалов установлено, что наиболее подходящими для изготовления преобразователей солнечной энергии являются материалы двойных полупроводниковых соединений (ZnSe, CdTe, CuInSe₂, CuInS₂, CuGaS₂) и твердых растворов на их основе, так как они обладают рядом преимуществ. Как правило, солнечные элементы на основе этих материалов обеспечивают большое значение КПД, имеют высокую радиационную стойкость и эффективно преобразовывают концентрированное солнечное излучение.