А.И.Якимов, А.В.Двуреченский, А.И.Никифоров, С.В.Чайковский

Фотоприемники (ФП) с квантовыми точками (КТ) в состоянии покрывать существенную часть инфракрасного (ИК) диапазона, актуального для различных применений, - начиная от телекоммуникационных длин волн в ближней ИК области (1.3-1.5 мкм) и заканчивая дальним ИК диапазоном спектра (20 мкм). Дополнительное ограничение движения носителей заряда в плоскости структур, а также дискретный энергетический спектр носителей заряда приводит к ряду существенных преимуществ ФП с КТ по сравнению со структурами с квантовыми ямами, а также с объемными слоями. Такими преимуществами являются: (1) снятие запрета на оптические переходы, поляризованные в плоскости ФП, что предоставляет возможность работы прибора при нормальном падении света без применения дополнительных решеток и отражателей; (2) большая величина силы осциллятора (а следовательно и коэффициента поглощения света) для внутризонных и экситонных переходов из-за локализации волновой функции носителей заряда во всех трех измерениях пространства; (3) большое время жизни фотовозбужденных носителей заряда (а значит и большая величина коэффициента фотоэлектрического усиления) вследствие низкой скорости захвата носителей в КТ; (4) малые темновые токи (а значит и высокая рабочая температура фотодетектора), последнее обстоятельство является следствием равенства энергии фотоионизации КТ и энергии активации проводимости из-за дискретного энергетического спектра носителей в КТ.

В данной работе разработана технология и изготовлены p-i-n фотодиоды для спектрального диапазона 1.3-1.5 мкм на основе многослойных гетероструктур Ge/Si с квантовыми точками Ge, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии на кремниевой подложке. Слоевая плотность квантовых точек составляет 1.2·10¹² см^-2, размеры точек в плоскости роста ≈ 8 нм. Достигнута наименьшая из известных в литературе для Ge/Si фотоприемников величина темнового тока при комнатной температуре ( 2·10^-5 А/см² при обратном смещении 1 В). Получена квантовая эффективность 3% на длине волны 1.3 мкм. На рисунках 5 и 6 показаны темновые вольтамперные характеристики для созданных p-i-n фотодиодов и зависимость квантовой эффективности фотодиодов от обратного смещения соответственно.

Рис. 5. Темновые вольт-амперные характеристики фотодиодов различной площади поперечного сечения.	Рис. 6. Зависимость квантовой эффективности фотодиода на длине волны 1.3 мкм от обратного смещения.