Изучены спектральные характеристики фототока в многослойных гетероструктурах Ge/Si p-типа с квантовыми точками Ge при падении излучения нормально к поверхности структур. Десять слоев нанокластеров Ge формировались при температуре 500°С по механизму Странского-Крастанова и заращивались кремнием при различных температурах Tcap. Каждый из кремниевых барьеров содержал дельта-легированный бором слой для поставки в квантовые точки носителей – дырок. Кроме температуры осаждения Si в экспериментах варьировались также параметры δ-легирования (концентрация бора в Si, положение легированного слоя относительно плоскости квантовых точек, расстояние от КТ до δ-легированного слоя).

Спектральные зависимости чувствительности гетероструктуры Ge/Si с 10-ю слоями квантовых точек Ge при различных приложенных смещениях. Концентрация легирующей примеси в δ-слоях 8×10¹¹см^-2, δ-легирование осуществлялось на расстоянии 5 нм над каждым из слоев квантовых точек. Температура измерения 90 К.

Нанокластеры Ge имели форму hut-кластеров с латеральными размерами 10-15 нм, слоевая плотность нанокластеров (3-4)×10¹¹см^-2. Возникновение фототока в таких структурах обусловлено внутризонными переходами дырок из связанных в квантовых точках состояний в состояния континуума валентной зоны. Типичный спектральный отклик приведен на рисунке. Обнаружено, что с увеличением Tcap от 300 до 750°С положение максимума фотоответа в среднем ИК диапазоне смещается от 2.3 до 3.9 мкм, что связано с перемешиванием Ge и Si вблизи гетерограницы и уменьшением глубины потенциальной ямы для связанных в квантовых точках дырок.

Установлено, что лучшие параметры фотодетекторов Ge/Si для среднего окна пропускания атмосферы (3-5 мкм) реализуются в фотовольтаическом режиме в структурах с температурой покрытия T_cap = 600°С, концентрацией бора в δ-легированных слоях 12×10¹¹см^-2 и при расстоянии от квантовых точек до δ-легированного слоя, равном 5 нм. При этом максимальная величина чувствительности составила 0.83 мА/Вт, обнаружительная способность 0.8×10¹¹см⋅Гц^1/2/Вт на длине волны 3.4 мкм при температуре 90 К и угле поля зрения 53°. Причем уже при температуре 110 К фотоприемник работает в режиме ограничения флуктуациями фонового излучения, а доминирующим шумом является шум Джонсона.