InSb, ) InAsSb InSb. II 32advance.orion-ir.ru/UPF-17/3/UPF-5-3-271.pdfного» InSb, ЭС InSb,...

11
Успехи прикладной физики, 2017, том 5, 3 271 ФОТОЭЛЕКТРОНИКА УДК 621.315.59: 621.383.4/5 PACS: 07.07.Df, 07.57. -с, 81.05.Ea, 81.65.Rv Современное состояние и перспективы использования материалов на основе сурьмы для инфракрасных фотоприемных устройств (обзор) А. Е. Мирофянченко, Е. В. Мирофянченко За последние несколько лет достигнут значительный прогресс в изготовлении матричных фотоприемных устройств инфракрасного диапазона спектра (ИК ФПУ) на основе анти- монидов. Наибольшее развитие получили ИК ФПУ на InSb, однако они имеют ряд недос- татков, одним из которых является эффективная работа только в средневолновом ИК- диапазоне спектра. Использование «бариодных» структур на основе эпитаксиальных слоев (ЭС) InAsSb позволяет полностью перекрыть весь средний ИК-диапазона спектра и значи- тельно снизить уровень темновых токов в сравнении с InSb. Одними из наиболее перспек- тивных материалов для ИК ФПУ являются напряженные сверхрешетки II типа на основе антимонидов, основными преимуществами которых являются относительно просто на- страиваемый рабочий диапазон от 3 до 32 мкм, а также значительно подавленная Оже- рекомбинация, что в теории может позволить изготовить устройство с параметрами, превосходящими аналогичные устройства на основе твердых растворов кадмий-ртуть- теллур. Тем не менее, на данный момент остается ряд нерешенных проблем в технологии изготовления данных устройств, поэтому их потенциал еще полностью не реализован. В данной статье представлен сравнительный анализ и текущее состояние материалов на основе сурьмы, используемых для изготовления ИК ФПУ. Показаны причины повышенных темновых токов в данных устройствах и пути их снижения, а также рассмотрены пер- спективы использования в мультиспектральных устройствах. Ключевые слова: напряженные сверхрешетки II типа, сверхрешетки InAs/GaSb, сверхрешетки InAs/InAsSb, сверхрешетки InAs/InGaSb, ЭС InAsSb, ЭС InSb, ИК ФПУ, мультиспектральные ИК ФПУ, МЛЭ, подложки GaSb. Введение В последнее время интерес к полупроводни- ковым материалам на основе сурьмы (Sb) для ис- пользования их в инфракрасных фотоприемных устройствах (ИК ФПУ) значительно возрос. Как правило, это антимониды, т. е. соединения сурьмы с металлами. Приемники на таких материалах мо- гут работать в основных окнах прозрачности ат- мосферы 3–5 и 8–12 мкм и находят широкое при- Мирофянченко Андрей Евгеньевич, инженер-технолог 1 кат. Мирофянченко Екатерина Васильевна, инженер 2 кат., аспирант. АО «НПО «Орион». Россия, 111538, Москва, ул. Косинская, 9. Тел.: (499) 374-94-00, 374-94-01. E-mail: [email protected] Статья поступила в редакцию 30 мая 2017 г. © Мирофянченко А. Е., Мирофянченко Е. В., 2017 менение в оптико-электронных системах двойного назначения [1–5]. Нужно подчеркнуть, что в настоящее время на рынке ИК ФПУ доминируют устройства на ос- нове твердых растворов кадмий-ртуть-теллур (КРТ), на антимониде индия и QWIP-детекторах [2, 4–7]. Детекторы на основе КРТ значительно опере- жают другие материалы по значениям квантовой эффективности, которая может превышать 90 %, а также отличаются высокой обнаружительной спо- собностью [4, 6, 8]. Но при этом существуют про- блемы с ростовыми дефектами, в частности, с V-дефектами при выращивании методом молеку- лярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) [8–11], а также с очень дорогостоящими подложками кадмий-цинк- теллур (КЦТ), которые доступны в ограниченных количествах даже за рубежом [4, 12]. Такие пара- метры как однородность свойств по площади и выход годных изделий также нуждаются в улуч- шении [4, 6]. Значительный прогресс был достиг-

Transcript of InSb, ) InAsSb InSb. II 32advance.orion-ir.ru/UPF-17/3/UPF-5-3-271.pdfного» InSb, ЭС InSb,...

Page 1: InSb, ) InAsSb InSb. II 32advance.orion-ir.ru/UPF-17/3/UPF-5-3-271.pdfного» InSb, ЭС InSb, ЭС InAsSb и nBn-бариода на InAsSb [23]. В области низких

Успехи прикладной физики, 2017, том 5, № 3

271

ФОТОЭЛЕКТРОНИКА

УДК 621.315.59: 621.383.4/5 PACS: 07.07.Df, 07.57. -с,

81.05.Ea, 81.65.Rv

Современное состояние и перспективы использования материалов на основе сурьмы для инфракрасных фотоприемных устройств

(обзор)

А. Е. Мирофянченко, Е. В. Мирофянченко За последние несколько лет достигнут значительный прогресс в изготовлении матричных фотоприемных устройств инфракрасного диапазона спектра (ИК ФПУ) на основе анти-монидов. Наибольшее развитие получили ИК ФПУ на InSb, однако они имеют ряд недос-татков, одним из которых является эффективная работа только в средневолновом ИК-диапазоне спектра. Использование «бариодных» структур на основе эпитаксиальных слоев (ЭС) InAsSb позволяет полностью перекрыть весь средний ИК-диапазона спектра и значи-тельно снизить уровень темновых токов в сравнении с InSb. Одними из наиболее перспек-тивных материалов для ИК ФПУ являются напряженные сверхрешетки II типа на основе антимонидов, основными преимуществами которых являются относительно просто на-страиваемый рабочий диапазон от 3 до 32 мкм, а также значительно подавленная Оже-рекомбинация, что в теории может позволить изготовить устройство с параметрами, превосходящими аналогичные устройства на основе твердых растворов кадмий-ртуть-теллур. Тем не менее, на данный момент остается ряд нерешенных проблем в технологии изготовления данных устройств, поэтому их потенциал еще полностью не реализован. В данной статье представлен сравнительный анализ и текущее состояние материалов на основе сурьмы, используемых для изготовления ИК ФПУ. Показаны причины повышенных темновых токов в данных устройствах и пути их снижения, а также рассмотрены пер-спективы использования в мультиспектральных устройствах. Ключевые слова: напряженные сверхрешетки II типа, сверхрешетки InAs/GaSb, сверхрешетки InAs/InAsSb, сверхрешетки InAs/InGaSb, ЭС InAsSb, ЭС InSb, ИК ФПУ, мультиспектральные ИК ФПУ, МЛЭ, подложки GaSb.

Введение В последнее время интерес к полупроводни-

ковым материалам на основе сурьмы (Sb) для ис-пользования их в инфракрасных фотоприемных устройствах (ИК ФПУ) значительно возрос. Как правило, это антимониды, т. е. соединения сурьмы с металлами. Приемники на таких материалах мо-гут работать в основных окнах прозрачности ат-мосферы 3–5 и 8–12 мкм и находят широкое при-

Мирофянченко Андрей Евгеньевич, инженер-технолог 1 кат. Мирофянченко Екатерина Васильевна, инженер 2 кат., аспирант. АО «НПО «Орион». Россия, 111538, Москва, ул. Косинская, 9. Тел.: (499) 374-94-00, 374-94-01. E-mail: [email protected]

Статья поступила в редакцию 30 мая 2017 г.

© Мирофянченко А. Е., Мирофянченко Е. В., 2017

менение в оптико-электронных системах двойного назначения [1–5].

Нужно подчеркнуть, что в настоящее время на рынке ИК ФПУ доминируют устройства на ос-нове твердых растворов кадмий-ртуть-теллур (КРТ), на антимониде индия и QWIP-детекторах [2, 4–7].

Детекторы на основе КРТ значительно опере-жают другие материалы по значениям квантовой эффективности, которая может превышать 90 %, а также отличаются высокой обнаружительной спо-собностью [4, 6, 8]. Но при этом существуют про-блемы с ростовыми дефектами, в частности, с V-дефектами при выращивании методом молеку-лярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) [8–11], а также с очень дорогостоящими подложками кадмий-цинк-теллур (КЦТ), которые доступны в ограниченных количествах даже за рубежом [4, 12]. Такие пара-метры как однородность свойств по площади и выход годных изделий также нуждаются в улуч-шении [4, 6]. Значительный прогресс был достиг-

Page 2: InSb, ) InAsSb InSb. II 32advance.orion-ir.ru/UPF-17/3/UPF-5-3-271.pdfного» InSb, ЭС InSb, ЭС InAsSb и nBn-бариода на InAsSb [23]. В области низких

А. Е. Мирофянченко, Е. В. Мирофянченко

272

нут при выращивании КРТ на Si, но хорошие ре-зультаты пока получены только для среднего ИК-диапазона [13]. Тем не менее, КРТ остается лиди-рующим материалом для ИК ФПУ [4–8].

Приемники на InSb не могут работать в даль-нем ИК-диапазоне, а QWIP-структуры имеют низ-кую квантовую эффективность [2–5]. Но при этом технология изготовления полупроводниковых ма-териалов А3B5 более развита, чем, например, А2B6, и это напрямую отражается в более высоком вы-ходе годных изделий, повышенной надежности и, в итоге, в более низкой стоимости готового ИК ФПУ [7, 8].

Целью данной работы является проведение сравнительного анализа на базе обзора последних достижений в области ИК ФПУ на основе антимо-нидов.

ИК ФПУ на InSb и InAlSb для средневолнового

ИК-диапазона спектра Антимонид индия (InSb) имеет оптимальную

для поглощения инфракрасного излучения спек-трального диапазона 3–5 мкм ширину запрещен-ной зоны и высокую подвижность электронов, что делает его важным материалом для фотоэлектрон-ных устройств и приемников ИК-излучения. Мат-рицы на InSb отличаются высокой однородностью свойств по площади, большим количеством рабо-тоспособных элементов, более низкой ценой в сравнении с аналогичными устройствами на осно-ве КРТ. Все это делает InSb лидирующим мате-

риалом для крупноформатных матриц на средне-волновый ИК-диапазон [5, 13–15].

Лучшие фотодиоды на InSb ограничены гене-рационно-рекомбинационным током, связанным с рекомбинацией Шокли-Рида-Холла (ШРХ) в об-ласти пространственного заряда (ОПЗ) [5, 8, 15]. Центры рекомбинации ШРХ возникают вблизи середины запрещенной зоны. Причины их появле-ния до конца не изучены, но одним из факторов, влияющих на наличие центров рекомбинации ШРХ, является дефектность в материале [7, 16, 17]. Од-ной из причин увеличения центров рекомбинации в InSb является имплантация ионов Be в «объем-ный» материал n-типа для формирования pn-пе- рехода. Современный подход подразумевает ис-пользование молекулярно-лучевой эпитаксии, при которой p–n-переход формируется легированием в процессе эпитаксиального роста, благодаря чему не повышается число генерационно-рекомбина- ционных центров, связанных с имплантацией [5, 15]. При этом существенно снижается уровень темнового тока. После роста матрица формируется по мезатехнологии, что дает еще одно важное преимущество в виде уменьшенной оптической взаимосвязи между пикселями [4, 18, 19].

В работах [4, 5, 14] показаны зависимости темнового тока от температуры для ФПУ на InSb, изготовленных по стандартной планарной техно-логии на «объемном» InSb и в виде эпитаксиаль-ных слоев (ЭС) InSb по меза-технологии (см. рис. 1), а также установлена незначительная оптическая взаимосвязь между пикселями в последнем варианте.

I т/Iтн

2

1

x, мкм

x, мкм

y, мкм

Относительная

интенсивность

1000/Т, К-1 а б

Рис. 1. Демонстрация преимущества матриц на основе ЭС InSb перед матрицами на «объемном» материале InSb, изго-товленных по стандартной планарной технологии с имплантацией ионов бериллия [4, 14]: а) – сравнение значений тем-нового тока Iт в ЭС InSb (кривая 1) и «объемном» InSb (кривая 2), нормированных по темновому току Iтн ЭС InSb при 95 К; б) – распределение интенсивности засветки фоточувствительных элементов) на основе ЭС InSb, изготовленных по ме-затехнологии.

Page 3: InSb, ) InAsSb InSb. II 32advance.orion-ir.ru/UPF-17/3/UPF-5-3-271.pdfного» InSb, ЭС InSb, ЭС InAsSb и nBn-бариода на InAsSb [23]. В области низких

Успехи прикладной физики, 2017, том 5, № 3

273

Рис. 1 демонстрирует, что использование тех-нологии МЛЭ позволило снизить темновой ток приблизительно в 17 раз. При одинаковых значе-ниях темнового тока для матриц ФЧЭ на основе «объемного» и ЭС InSb, изготовленного по меза-технологии, последний может работать при повы-шенной температуре в 95 К [5].

Для снижения значений темнового тока, свя-занного с генерационно-рекомбинационным током в области пространственного заряда (ОПЗ), в ра-ботах [19–21] было предложено добавлять в про-цессе МЛЭ поток алюминия. Перспективным яв-ляется выращивание эпитаксиальных слоев InAlSb на подложке InSb [19]. Добавление 1 % Al в InSb увеличивает ширину запрещенной зоны на ~ 20 мэВ или на 8 %, что может использоваться для значи-тельного снижения уровня темнового тока. Прове-денные исследования показывают, что внедрение Al вплоть до 3 % не увеличивает число генераци-онно-рекомбинационных центров, а также не вно-сит напряжений между ЭС и подложкой. Расчет-ное значение напряжения после проведения серии экспериментов по относительному положению пика кривой дифракционного отражения (КДО) в слое и подложке составляет порядка 0,13 %, что меньше, чем, например, между слоями AlAs и GaAs [20, 21].

Тем не менее, несмотря на зрелость техноло-гии изготовления ФПУ на антимониде индия и такие его преимущества, как высокая надежность и стабильность работы, прочность и лучший вы-ход годных изделий в сравнении с КРТ, образцы ИК ФПУ на InSb и InAlSb имеют ряд существен-

ных ограничений. Традиционно высокие темновые токи в данных материалах не позволяют сущест-венно повысить рабочую температуру ФПУ, что сильно сказывается на его массогабаритных ха-рактеристиках и энергопотреблении [4, 19, 20, 22]. Последние перечисленные параметры являются одними из ключевых для изготовления устройств 3-го поколения [4,8]. Кроме того, ФПУ на данных материалах могут эффективно работать в доста-точно узком интервале длин волн (3–6 мкм). Раз-личные варианты варьирования состава эпитакси-альных слоев InAlSb привели к хорошим результатам в плане увеличения рабочей темпера-туры ФПУ, но вместе с тем проблема высоких значений темновых токов не решена в достаточ-ной мере. В связи с этим в последнее десятилетие активно внедрялся новый тип гетероструктуры с униполярными барьерами, которые по своей «природе» занимают промежуточное место между фотодиодами и фоторезисторами. Такие структу-ры получили название «бариоды» [23].

Структуры с униполярными барьерами:

XBn- и XBp-бариоды на InAsSb XBn- и XBp-структуры – это структуры с

униполярными барьерами, в число которых вхо-дит большое количество семейство. Самой попу-лярной из них является nBn (см. рис. 2). На дан-ный момент реализовано большое количество ИК ФПУ с униполярными барьерами, в т. ч. nBn, pBp и т. д. [23].

а б

Рис. 2. Структуры с униполярными барьерами: а) семейство структур с униполярными барьерами б) схематичное изо-бражение зонных структур nBn-детектора и стандартного p–n-диода [23].

Page 4: InSb, ) InAsSb InSb. II 32advance.orion-ir.ru/UPF-17/3/UPF-5-3-271.pdfного» InSb, ЭС InSb, ЭС InAsSb и nBn-бариода на InAsSb [23]. В области низких

А. Е. Мирофянченко, Е. В. Мирофянченко

274

Термин униполярный барьер подразумевает, что барьер может блокировать один тип носителей (электрон или дырку), но не препятствует потоку противоположного типа носителей заряда [24]. В частности, nBn-детектор состоит из поглощаю-щего и барьерного слоя n-типа, а также контактно-го слоя n-типа. Все слои должны быть хорошо согласованы по параметру решетки. При поглоще-нии падающего излучения фотогенерированные носители перемещаются к контакту, в то время как основные компоненты темнового тока – блокиру-ются [24–29] (см. рис 3). nBn-детектор создан для снижения темнового тока (связанного рекомбина-цией ШРХ), в частности, барьер снижает поверх-ностные темновые токи, не препятствуя потоку фотогенерированных носителей заряда. Основные компоненты тока в nBn-детекторе показаны на рис. 3.

Рис. 3. Основные компоненты тока, которые блокируются или остаются без изменений в nBn-детекторе [24–29].

В качестве полупроводникового материала

для таких структур одним из первых начали ис-пользовать тройное соединение InAsSb [5, 20–24, 29, 30], которое способно перекрыть весь рабочий диапазон между InSb и InAs [4, 23]. Если сравни-вать схожую ситуацию между HgTe и CdTe, то различия в ширине запрещенных зон между мате-риалами III-V значительно меньше, к тому же они имеют более прочные химические связи, что уп-рощает создание устройств на их основе [5, 8, 23]. Как и материалы InSb и InAs, их тройное соедине-ние InAsSb ограничено генерационно-рекомбина- ционным током, связанным с рекомбинацией ШРХ в области обеднения, но использование барьерных структур, в которых генерационно-рекомбинационный ток сильно подавлен из-за от-сутствия области обеднения и in situ легирования в процессе роста, позволило значительно снизить уро-вень темнового тока и сделать InAsSb на подложке GaSb основным материалом для бариодных струк-тур, работающих в среднем ИК-диапазоне [5, 23].

Рис. 4. Сравнение зависимости темновых токов от тем-пературы для ФПУ на основе «объемного» InSb, ЭС InSb, ЭС InAsSb и «бариода» на InAsSb.

На рис. 4 приведена зависимость темнового

тока от температуры для ФПУ на основе «объем-ного» InSb, ЭС InSb, ЭС InAsSb и nBn-бариода на InAsSb [23]. В области низких температур стан-дартный фотодиод генерационно-рекомбинационно ограничен, что связано с рекомбинацией ШРХ в области обеднения. Так как в nBn-детекторе от-сутствует область обеднения, то генерационно-рекомбинационный ток существенно подавлен, и детектор остается диффузионно-ограниченным во всем интервале температур [23–25]. Отсюда выте-кают два важных преимущества nBn-детекторов: они могут иметь лучшее соотношение сигнал–шум при фиксированной рабочей температуре, либо способны работать при повышенных температурах [22–24].

Большинство детекторов обычно работают при криогенных температурах. [8, 13, 20, 22, 27]. Технологии криогенного охлаждения дороги и для многих применений нежелательны из-за слишком больших размеров, веса и потребляемой мощности [26–29]. Одна из основных задач приёмников 3-го поколения – это снижение массогабаритных ха-рактеристик, а вместе с ней и стоимости устройст-ва [26–28, 31]. В nBn-детекторах на основе InAsSb BLIP-режим реализуется при 150 К, причем изо-бражение не испытывает значительного ухудше-ния качества вплоть до 180 К. Тем самым детекто-ры такого типа относятся к классу ИК ФПУ, работающих при повышенных температурах [27]. Потребляемая мощность в таких устройствах сни-жена на 60 % относительно ФПУ на основе пла-нарного InSb [23, 27, 28].

В то время как nBn-архитектура применялась для материалов InAs, InAsSb и др., большого про-гресса удалось достичь в изготовлении ИК ФПУ на напряженных сверхрешетках второго типа

Page 5: InSb, ) InAsSb InSb. II 32advance.orion-ir.ru/UPF-17/3/UPF-5-3-271.pdfного» InSb, ЭС InSb, ЭС InAsSb и nBn-бариода на InAsSb [23]. В области низких

Успехи прикладной физики, 2017, том 5, № 3

275

[32–36]. Их уникальные свойства наряду с приме-нением инновационных барьерных структур по-зволили радикально изменить архитектуру инфра-красных детекторов.

Напряжённые сверхрешетки II типа

на антимонидах Напряженные сверхрешетки (СР) второго ти-

па на антимонидах были впервые предложены в качестве материала для ИК ФПУ в 70-х годах прошлого столетия [37]. По теоретическим расче-там, предпочтительной являлась система материа-лов InAs/InGaSb из-за дополнительного напряже-ния, вносимого слоем InGaSb. Тем не менее, большинство исследований последних лет было сконцентрировано на бинарной системе InAs/GaSb, т. к. существует сложность выращивания структур с высокой мольной долей In [38].

Сверхрешетки II типа изготавливаются на ос-нове материалов А3B5, имеющих близкую посто-янную решетки со значением 6,1 Å, в которую входят такие материалы, как GaSb, InAs, AlSb и др. [2, 3, 38, 39]. Очень важным свойством этой груп-пы материалов является их незначительное рассо-гласование с подложкой GaSb и схожие ростовые параметры при выращивании, что позволяет соз-давать структуры с низкой плотностью дефектов. Не так давно фирма Wafer Technology представила технологический процесс по изготовлению высо-кокачественных подложек GaSb > 6 дюймов [40], что очень важно для создания крупноформатных матриц с высокой однородностью свойств по площади (см. рис. 5). Появление коммерчески дос-тупных подложек GaSb и развитие технологии МЛЭ являются ключевыми причинами бурного развития устройств на основе антимонидных сверхрешетках II типа.

Рис. 5. Внешний вид слитков GaSb, выращенных по стан-дартной технологии 2-3 дюйма и новый большого форма-та в 4–7 дюймов [40].

Сверхрешетки InAs/(In,Ga)Sb характеризуют-ся разрывом зон II типа, что схематично изображе-но на рис. 6. Слои в сверхрешетках подвергаются деформации сжатия, и это вызывает расщепление на мини-зоны легких и тяжелых дырок в зонной структуре, что приводит к значительному подав-лению скорости Оже-рекомбинации и увеличению времени жизни неосновных носителей заряда [41, 42]. К тому же, бóльшая эффективная масса электронов в сверхрешетках II типа приводит к уменьшению вероятности туннелирования и сни-жению уровня темнового тока [42–44].

Рис. 6. Зонная структура сверхрешеток II типа на основе InAs/GaSb. Т.Д. – подзона тяжелых дырок, Л.Д. – легких [7].

В большинстве случаев для изменения рабо-

чего спектрального диапазона ИК ФПУ приходит-ся варьировать состав материала, что, в свою оче-редь, приводит к изменению параметра решетки [8]. Последние изменения могут привести к боль-шому рассогласованию параметра решётки и зна-чительно ухудшить структурные свойства мате-риала [38]. В сверхрешетках II типа длинноволновая граница чувствительности опре-деляется эффективной шириной запрещенной зо-ны, которая зависит от толщины чередующихся слоев. Таким образом, рабочий диапазон ФПУ на сверхрешетках можно настраивать от 3 до 32 мкм, не изменяя при этом ростовые параметры в про-цессе эпитаксиального роста [45, 46].

Оптические свойства сверхрешеток II типа аналогичны свойствам объемных материалов, по-этому, в отличие от QWIP, здесь возможно доби-ваться высоких значений квантовой эффективно-сти [3, 38, 44–46].

Другим очень важным преимуществом явля-ются более прочные химические связи и бóльшая устойчивость по отношению к дефектам, которые возникают в процессе обработки материала. Все

Page 6: InSb, ) InAsSb InSb. II 32advance.orion-ir.ru/UPF-17/3/UPF-5-3-271.pdfного» InSb, ЭС InSb, ЭС InAsSb и nBn-бариода на InAsSb [23]. В области низких

А. Е. Мирофянченко, Е. В. Мирофянченко

276

это приводит к высокой однородности свойств материала по площади, что является важным пре-имуществом перед материалами II-VI [47].

Несмотря на ряд фундаментальных преиму-ществ сверхрешеток II типа, характеристики ИК ФПУ на их основе все еще уступают аналогичным показателям устройств на КРТ, в т. ч. по уровню темновых токов [46–50]. Теоретические расчеты показывают, что значения темновых токов в при-емниках на сверхрешетках II типа могут быть ни-же, чем в ФПУ на основе КРТ, однако добиться этого на реальных устройствах пока не удается [4–7, 51–55].

На рис. 7 приведены значения темновых то-ков в зависимости от длины волны и температуры, показанные относительно сплошной линии, кото-рая соответствует уровню темнового тока соглас-но правилу 07. Правило 07 – эвристическое соот-ношение, введенное Теннантом, позволяющее предсказать значение темнового тока в зависимо-сти от температуры и граничной длины волны по-глощения для «идеального диффузионно-ограниченного» приемника на основе КРТ [56]. Темновые токи для ИК ФПУ на основе сверхре-шеток II типа все еще выше, чем у аналогичных устройств на КРТ.

Граничная длина волны, мкм Граничная длина волны, мкм

Темновой ток,

А/см

2

Темновой ток,

А/см

2

а б

Рис. 7. Значения темновых токов в зависимости от длины волны и температуры: а) теоретические расчеты значения темнового тока от температуры в сверхрешетках II типа с учетом и без рекомбинации ШРХ относительно сплошной линии, соответствующей правилу 07. б) совокупные данные по значениям темнового тока в детекторах на основе сверх-решеток II типа.

Высокие значения темновых токов в СР свя-

заны с рекомбинацией ШРХ. Данный процесс происходит через уровни вблизи середины запре-щенной зоны и сильно ограничивает времена жиз-ни неосновных носителей заряда. Причины появ-ления центров рекомбинации до конца не изучены, однако получены достоверные данные, что эти процессы могут быть связаны со слоями GaSb, GaAs и другими, содержащими Ga [7, 57].

Заметим, что существенный вклад в темновой ток вносят «поверхностные» темновые токи, кото-рые возникают из-за состояний на поверхности p–n-перехода. Они могут возникать из-за ненасы-щенных химических связей на границе «полупро-водник-воздух», появляющихся, например, в ходе формирования индивидуального пикселя [58].

Одним из возможных решений для снижения темновых токов является выращивание структур без Ga. В работах зарубежных авторов измерялись времена жизни в объемных GaSb (~100 нс), InAs (~325 нс) и InAsSb (~250 нс), а также в сверхре-шетках InAs/ InAsSb. Для последних при 77 К по-

лучены более высокие значения времени жизни вплоть до 412 нс, что значительно выше, чем в структурах, в которых присутствует Ga [7]. Таким образом, использование сверхрешеток без Ga – это шаг в сторону повышения времен жизни неоснов-ных носителей заряда, однако ИК ФПУ на данном материале уступают аналогам по другим парамет-рам, в т. ч. по значениям квантовой эффективности.

Основным способом снижения поверхностно-го темнового тока является пассивация [7]. Несмотря на большое число исследований сверх-решеток II типа, до сих пор нет единой схемы пас-сивации для таких структур. Одной из проблем является то, что готовая структура состоит из сло-ев разных материалов и пассивация должна рабо-тать на каждом из них.

Снижение поверхностного темнового тока включает в себя прежде всего удаление собствен-ного слоя оксидов, чаще всего жидкостным трав-лением. На втором этапе происходит пассивация поверхности толстым слоем диэлектрика или ор-ганики, а также «сульфидирование». Последнее

Page 7: InSb, ) InAsSb InSb. II 32advance.orion-ir.ru/UPF-17/3/UPF-5-3-271.pdfного» InSb, ЭС InSb, ЭС InAsSb и nBn-бариода на InAsSb [23]. В области низких

Успехи прикладной физики, 2017, том 5, № 3

277

для материала сверхрешеток II типа применяется наиболее часто. Хорошо для «сульфидирования» зарекомендовал себя раствор сульфида аммония, который к тому же предварительно удаляет слой собственного оксида с поверхности. Также для «сульфидирования» используются органические соединения серы. В некоторых работах авторы используют совместное анодное «сульфидирова-ние» и слой диэлектрика диоксида кремния. Такое совмещение дает улучшенные характеристики для среднего ИК-диапазона спектра [7, 59].

Темновой ток в детекторах на сверхрешетках может быть значительно снижен при использова-

нии структур с униполярными барьерами, которые не препятствуют прохождению фототока, при этом блокируя темновой ток. Методами зонной инженерии разработано большое количество структур с барьерами, таких W-, M-, N-структура, детектор CBIRD и другие. Все они в той или иной степени помогают снизить темновой ток [4–6, 25–29].

Данные по значениям темновых токов для барьерных детекторов, в т. ч. на InAsSb показаны на рис. 8. Можно заметить, что значения темново-го тока приближаются к правилу 07, но все еще остаются незначительно выше [4–7, 60, 61].

Температура, К Температура, К

Темновой ток,

А/см

2

Темновой ток,

А/см

2

Рис. 8. Сравнение значений темновых токов для матриц на основе и ЭС InAsSb, nBn InAsSb, сверхрешеток II типа отно-сительно сплошной линии, соответствующей уровню темнового тока согласно правилу 07 [29].

Мультиспектральные ИК ФПУ

Одним из наиболее перспективных направле-ний развития ИК ФПУ является создание муль-тиспектральных устройств [4, 22, 45, 62]. Одно-временная работа в различных ИК-диапазонах спектра обеспечивает улучшенные обнаружение и распознавание целей. Мультиспектральные уст-ройства имеют весомые преимущества перед од-

ноцветными ИК ФПУ в широком диапазоне при-менений, к тому же работа в нескольких спектральных диапазонах одно из ключевых тре-бований к устройствам третьего поколения [63]. В последние несколько лет большую популяр-ность приобретают как двухцветные ИК ФПУ (рис. 9), так и устройства с одновременной работой в трех диапазонах ИК-спектра [65].

Рис. 9. Изображение паяльника в мультиспектральном ИК ФПУ формата 512640. Длинноволновая граница чувстви-тельности 9,5 мкм (справа) и 13 мкм (слева) при 77 К [64].

Page 8: InSb, ) InAsSb InSb. II 32advance.orion-ir.ru/UPF-17/3/UPF-5-3-271.pdfного» InSb, ЭС InSb, ЭС InAsSb и nBn-бариода на InAsSb [23]. В области низких

А. Е. Мирофянченко, Е. В. Мирофянченко

278

Перспективным направлением в развитии со-временной фотоэлектроники сейчас является со-вмещение фоточувствительных слоев материалов на разные длины волн в одном матричном элементе без использования светофильтров и прочих вспо-могательных устройств, что значительно улучшает массогабаритные характеристики приемника и сни-жает энергопотребление, а переключение между диапазонами осуществляется с помощью измене-

ния приложенного напряжения [65]. Сверхрешет-ки II типа на антимонидах идеально подходят для таких устройств, т. к. для них достаточно легко изменять рабочий диапазон изменением толщины выращиваемых слоев. Недавно было продемонст-рировано биас-селективное устройство на три ра-бочих диапазона спектра с фоточувствительными слоями на основе антимонидных сверхрешеток II ти-па с улучшенными характеристиками (см. рис. 10).

Рис. 10. Пример мультиспектрального устройства на три диапазона с фоточувствительными слоями на основе антимо-нидных сверхрешеток II типа [65].

Заключение

В данной статье приведен обзор последних достижений в области ИК ФПУ на основе антимо-нидов.

Отмечено, что традиционным материалом на основе сурьмы являются соединения, изготовлен-ные по стандартной планарной технологии с им-плантацией ионов бериллия матрицы на «объем-ном» InSb. Главным преимуществом такого выбора является хорошо отработанная технология изготовления ФПУ с высоким выходом годных изделий. Однако ключевым недостатком полу-ченных образцов являются высокие темновые то-ки (вообще характерные для материалов А3B5). Поэтому такие устройства требуют охлаждения до температур жидкого азота, что сильно сказыва-ется на массогабаритных характеристиках устрой-ства и величине потребляемой мощности.

Применение молекулярно-лучевой эпитаксии для выращивания ЭС InSb позволило заменить ионную имплантацию на легирование в процессе роста, что помогло снизить уровень темнового то-ка, повысить рабочую температуру и уменьшить размеры ИК ФПУ. Выращивание ЭС InAlSb по-зволило снизить уровень темнового тока по срав-нению с ФПУ на InSb за счет увеличения ширины запрещенной зоны, причем без потери в качестве получаемых слоев. Однако применение таких уст-ройств ограничено только диапазоном спектра 3–5,5 мкм. Чтобы расширить рабочий диапазон пе-решли к использованию структур InAsSb, для ко-торых со временем применили инновационную структуру устройств с барьерами. В таких устрой-ствах BLIP-режим реализуется при 150 К, а хоро-шее изображение сохраняется вплоть до 180 К.

Page 9: InSb, ) InAsSb InSb. II 32advance.orion-ir.ru/UPF-17/3/UPF-5-3-271.pdfного» InSb, ЭС InSb, ЭС InAsSb и nBn-бариода на InAsSb [23]. В области низких

Успехи прикладной физики, 2017, том 5, № 3

279

Значительный прогресс был достигнут при изготовлении ИК ФПУ на антимонидных сверх-решетках II типа, которые в последние годы стре-мительно приближаются по многим параметрам к устройствам на КРТ, но все еще уступают им.

Перспективным является изготовление муль-тиспектральных устройств на основе антимонид-ных сверхрешеток II типа. Количество публикуе-мых печатных работ, а также выход новых устройств дают основания полагать, что антимо-нидные сверхрешетки II типа в будущем будут являться основным материалом для ИК ФПУ по-следующих поколений устройств.

ЛИТЕРАТУРА

1. Henini M., Razeghi M. Handbook of Infrared Detection Technologies – Amsterdam: Elsevier, 2002.

2. Razeghi M. Technology of Quantum Devices – New York: Springer US, 2010.

3. Razeghi M. Antimony: Characteristics, Compounds and Applications – Southport: Nove: Material Science and Techno- logy, 2012.

4. Rogalski A., Martyniuk P., Kopytko M. // Rep. Prog. Phys. 2016. Vol. 79. P. 1.

5. Klipstein P. C., Mizrahi U., Fraenkel R., Shtrichman I. // Def. Sci. J. 2013. Vol. 63. P. 555.

6. Rogalski A., Chrzanowski K. // Infrared Devices and Techniques. 2014. Vol. 21. P. 565.

7. Plis E. // Advances in Electronics. 2014. P. ID 246769. 8. Rogalski A. Infrared Detectors – Amsterdam: Gordon

and Science Publishers. 2000. 9. Сизов А. Л., Мирофянченко А. Е., Ляликов А. В., Яков-

лева Н. И. // Прикладная физика. 2014. № 6. С. 70. 10. Якушев М. В., Брунев Д. В., Варавин В. С., Дворец-

кий С. А., Предеин А. В., Сабинина И. В., Сидоров Ю. Г., Со-рочкин А. В., Сусляков А. О. // Автометрия. 2009. № 4. С. 23.

11. Мирофянченко А. Е., Кашуба А. С., Пряникова Е. В., Яковлева Н. И., Арбенина В. В. // Тонкие химические техноло-гии. 2015. № 6. С. 37.

12. Сидоров Ю. Г., Дворецкий С. А., Варавин В. С., Ми-хайлов Н. Н., Якушев М. В., Сабинина И. В. // Физика и техни-ка полупроводников. 2001. № 35. С. 1092.

13. Weiss E. / Proc. Infrared Technology and Applications XXXV (Orlando. 2009.), p. 72982W-1.

14. Gershon G., Albo A., Eylon M., Cohen O., Calahorra Z., Brumer M., Nitzani M., Avnon E., Aghion I., Kogan I., Ilan E., Tuito A., Ben Ezra M., Shkedy L. / Proc. OPTRO 2014 (Paris. 2014).

15. Бурлаков И. Д., Болтарь К. О., Мирофянченко А. Е., Власов П. В., Лопухин А. А., Пряникова Е. В., Соловьев В. А., Семенов А. Н., Мельцер Б. Я., Комиссарова Т. А., Львова Т. В., Иванов С. В. // Успехи прикладной физики. 2015. Т. 3. № 6. С. 559.

16. Krishnamurthy S., Orden D., Yu. Z-G. // J. of Electronic Materials. 2016. Vol. 45. P. 4574.

17. Haugan H. J., Olson B. V., Brown G. J., Kadlec E. A., Kim J. K., Shaner E. A. / Proc. Infrared Sensors, Devices, and Applications VI (San Diego. 2016.), p. 10.

18. Sun W., Fan H., Peng Z., Zhang L., Zhang X., Zhang L., Lu Z., Si J., Emelyanov E., Putyato M., Semyagin B., Pchelyakov O., Preobrazhenskii V. // J. Infrared. Physic. & Technology. 2014. Vol. 62. P. 143.

19. Ashley T., Burke T., Emeny M., Gordon N., Hall D., Lees D., Little J., Milner D. // SPIE. 2003. Vol. 5074. P. 95.

20. Klipstein P. C., Jacobshn E., Klin O., Yassen M., Cala-horra Z., Weiss E., Risemberg S., Rosenfeld D. / Proc. Infrared Technology and Applications XXVIII ( Seattle. 2002).

21. Glozman A., Harush E., Jacobsohn E., Klin O., Klip-stein P. C., Markovitz T., Nahum V., Saguy E., Oiknine-Schlesin- ger J., Shtrichman I., Yassen M., Yofis B., Weiss E. // SPIE. 2006. Vol. 6206. P. 98190T-1.

22. Downs C., Vandervelde T. // Sensor. 2013. Vol. 13. P. 5054. 23. Klipstein P. C. // SPIE. 2014. 24. Maimon S., Wicks G. W. // Appl. Phys. Lett. 2006. Vol. 89.

P. 151109. 25. Savich G. R., Pedrazzani J. R., Sidor D.E., Wicks G. W. // J.

Infrared. Physic. & Technology. 2013. Vol. 59. P. 152. 26. Martyniuk P., Rogalski A. // Opt. Electr. Rev. 2013. Vol.

21. P. 239. 27. Martyniuk P., Kopytko M., Rogalski A. // Opt. Electr.

Rev. 2014. Vol. 22. P. 127. 28. Martyniuk P., Antoszewski J., Martyniuk M., Faraone L.,

Rogalski A. // Appl. Phys. Rev. 2014. Vol. 1. P. 041102. 29. Razeghi M., Nguyen B. // Rep. Prog. Phys. 2014.

Vol. 77. P. 1. 30. Shtrichman I., Aronov D., Ezra M., Barkai I., Berkowicz

E., Brumer M., Fraenkel R., Glozman A., Grossman S., Jacobsohn E., Klin O., Klipstein P., Lukomsky I., Shkedy L., Snapi N., Yassen M., Weiss E. // SPIE. 2012. Vol. 8353. P. 83532Y.

31. Rogalski A., Antoszewski J., Faraone L. // J. Appl. Phys. 2009. Vol. 105. P. 091101.

32. Cabanski W. A., Eberhardt K., Rode W., Wendler J. C., Ziegler J., Fleissner J., Rehm R. H., Schmitz J., Schneider H., Walther M. / Proc. Infrared Technology and Applications XXX (Orlando. 2004.), p. 184.

33. Nguyen B., Hoffman D., Delaunay P.-Y., Razeghi M. // Appl. Phys. Lett. 2007. Vol. 91. P. 163511.

34. Ting D. Z.-Y., Hill C.J., Soibel A., Keo S. A., Mumolo J. M., Nguyen J., Gunapala S. D. // Appl. Phys. Lett. 2009. Vol. 95. P. 023508.

35. Nguyen B, Hoffman D., Huang E. K., Delaunay P.-Y., Razeghi M. // Appl. Phys. Lett. 2008. Vol. 93. P. 123502.

36. Pour S. A., Huang E. K., Chen G., Haddadi A., Nguyen B., Razeghi M.// Appl. Phys. Lett. 2011. Vol. 98. P. 143501.

37. Tsu R., Chang L. L., Sai-Halasz G. A., Esaki L. // Phys. Rev. Lett. 1975. Vol. 34. P. 1509.

38. Razeghi M. Technology of Quantum Devices – New York: Springer Science+Business Media, 2010.

39. Huang E., Nguyen B.-M., Ramezani-Darvish S., Pour S., Chen G., Haddadi A., Hoang. M.-A. // SPIE. 2011. Vol. 8012. P. 80120.

40. Furlong M. J., Martinez B., Tybjerg M., Smith B., Mowbray A. / Infrared Technology and Applications XLI (Balti- more. 2015). P. 94510S-1.

41. Razeghi M., Huang E. // SPIE. 2010. Vol. 7660. P. 76601F. 42. Callewaert F., Hoang A., Razeghi M. // Appl. Phys.

Lett. 2014. Vol. 104. P. 053508. 43. Grein C. H., Young P. M., Enrenreich H. // J. of Elec-

tronic Materials. 1993. Vol. 22. P. 1093. 44. Cellek O., He Z., Lin Z., Liu S., Zhang Y. // SPIE. 2013.

Vol. 8631. P. 86311I. 45. Christol P., Rodriguez J. B. / Proc. International Con-

ference on Space Optics (ICSO. Tenerife. 2014). 46. Razeghi M. // Waves in Random and Complex Media.

2014. Vol. 24. P. 240. 47. Haddadi A., Ramezani-Darvish S., Chen G., Hoang A.,

Nguyen B., Razeghi M. // IEEE J. Of Quantum Electronics. 2012. Vol. 48. P. 221.

48. Razeghi M. Long Wavelength Infrared Detectors – Philadelphia: Gordon and Breach Publishers, 1996.

49. Razeghi M. Fundamentals of Solid State Engineering, Third Edition. – New York: Springer US, 2009.

Page 10: InSb, ) InAsSb InSb. II 32advance.orion-ir.ru/UPF-17/3/UPF-5-3-271.pdfного» InSb, ЭС InSb, ЭС InAsSb и nBn-бариода на InAsSb [23]. В области низких

А. Е. Мирофянченко, Е. В. Мирофянченко

280

50. Ting D., Soibel A., Nguyen J., Höglund L., Khoshakh- lagh A., Rafol S., Keo S., Liao A., Mumolo J., Gunapala S. // SPIE. 2011. Vol. 8154. P. 81540.

51. Klipstein P. C., Avnon E., Benny Y., Fraenkel R., Gloz-man A., Grossman S., Klin O., Langoff L., Livneh Y., Lukomsky I., Nitzani M., Shkedy L., Shtrichman I., Snapi N., Tuito A., Weiss E. // SPIE. 2014. Vol. 9070. P. 90700U.

52. Khoshakhlagh A., Myers S., Kim H., Plis E., Gautam N., Lee S., Noh S., Dawson R., Krishna S. // IEEE J. of Quantum Elec-tronics. 2010. Vol. 46. P. 959.

53. Razeghi M. Esaki L., Klitzing K. – Bellingham: SPIE, 2013.

54. Razeghi M. // Vacuum. 2017. Vol. 135. P. 1. 55. Haddadi A., Adhikary S., Dehzangi A., Razeghi M. //

Appl. Phys. Lett. 2016. Vol. 109. P. 021107. 56. Tennant W. E., Lee D., Zandian M., Piquette E.,

Carmody M. // J. of Electronic Materials. 2008. Vol. 37. P. 1406. 57. Haddadi A., Chen G., Chevallier R., Hoang A. M.,

Razeghi M. // Appl. Phys. Lett. 2014. Vol. 105. P. 121104.

58. Chen G., Huang E., Hoang A., Bogdanov S., Darvish S., Razeghi M. // Appl. Phys. Lett. 2012. Vol. 101. P. 21350.

59. Chen G., Nguyen B.-M., Hoang A., .Huang E., Darvish S., Razeghi M. // SPIE. 2012. Vol. 8268. P. 826811.

60. Haddadi A., Dehzangi A., Adhikary S., Chevallier R., Razeghi M. // APL. Materials. 2017. Vol. 5. P. 035502.

61. Haddadi A., Chevallier R., Dehzangi A., Razeghi M. // Appl. Phys. Lett. 2017. Vol. 110. P. 101104.

62. Plis E., Krishna S.S., Smith E. P., Johnson S., Krishna S. // Electron. Lett. 2011. Vol. 47. P. 133.

63. Ariyawansa G., Duran J. M., Grupen M., Scheahing J., Nelson T. R., Eismann M. T. / Proc. Infrared Technology and Applications XXXVIII (Baltimore. 2012.) P. 83530E.

64. Razeghi M., Haddadi A., Hoang A. M., Huang E. K., Chen G., Bogdanov S., Darvish S. R., Callewaert F., McClintock R. // J. Infrared. Physic. & Technology. 2013. Vol. 59. P. 41.

65. Hoang A. M., Dehzangi A., Adhikary S., Razeghi M. // Scientific Reports. 2016. Vol. 6. P. 1.

PACS: 07.07.Df, 07.57. -с,

81.05.Ea, 81.65.Rv

Current state and prospects of using antimony-based materials for infrared photodetective devices

(a review)

A. E. Mirofyanchenko and E. V. Mirofyanchenko

Orion R&P Association 9 Kosinskaya str., Moscow, 111538, Russia

E-mail: [email protected]

Received May 30, 2017 In recent years, the IR FPA based on antimonides have made significant progress. The most devel-oped technology are planar «bulk» and mesa epi InSb, but it’s have some drastic disadvantages, one of which is using only in MWIR range. Using of «bariodes» based on InAsSb provides work in whole MWIR range and decrease the level of dark current in comparison of InSb. The most perspec-tive material for IR FPA are type-II strained superlattices (T2SL). The advantages of T2SL are wide operating wavelength, that can be tailored from 3 to 32 µm and totally suppressed Auger processes, that theoretically can use for developing a device with performance better than IR FPA based on MCT. However, still exist many technological problems and its potential have not realized yet. In this article we have briefly discussed about current status and perspectives of IR FPA, based on an-timonides, origins of bulk and surface dark currents and application of these materials in multispec-tral IR FPA. Keywords: T2Sl, InAs/GaSb superlattices, InAs/InAsSb superlattices, InAs/InGaSb superlattices, InAsSb, InSb, IR FPA, multicolor IR FPA, MBE, GaSb substrates.

REFERENCES 1. M. Henini and M. Razeghi, Handbook of Infrared Detec-

tion Technologies (Amsterdam: Elsevier, 2002). 2. M. Razeghi, Technology of Quantum Devices (New York:

Springer US, 2010). 3. M. Razeghi, Antimony: Characteristics, Compounds and

Applications (Southport: Nove: Material Science and Technology, 2012).

4. A. Rogalski, P. Martyniuk, and M. Kopytko, Rep. Prog. Phys. 79, 1 (2016).

5. P. C. Klipstein, U. Mizrahi, R. Fraenkel, and I. Shtrich- man, Def. Sci. J. 63, 555 (2013).

6. A. Rogalski and K. Chrzanowski, Infrared Devices and Techniques 21, 565 (2014).

7. E. Plis, Advances in Electronics. (2014). P. ID 246769. 8. A. Rogalski, Infrared Detectors (Amsterdam: Gordon and

Science Publishers. 2000).

Page 11: InSb, ) InAsSb InSb. II 32advance.orion-ir.ru/UPF-17/3/UPF-5-3-271.pdfного» InSb, ЭС InSb, ЭС InAsSb и nBn-бариода на InAsSb [23]. В области низких

Успехи прикладной физики, 2017, том 5, № 3

281

9. A. L. Sizov, A. E. Mirofyanchenko, A. V. Lyalikov, and N. I. Iakovleva, Prikl. Fiz., No. 6, 70 (2014).

10. M. V. Yakushev, D. V. Brunev, V. S. Varavin, et al., Optoelectron., Instrum. Data Process. No. 4, 23 (2009).

11. A. E. Mirofyanchenko, A. S. Kashuba, E. V. Pryaniko- va, et al., Tonk. Khim. Tekhn. No. 6, 37 (2015).

12. Yu. G. Sidorov, S. A. Dviretsky, V. S. Varavin, et al., Semiconductors. No. 35, 1092 (2001).

13. E. Weiss, in Proc. Infrared Technology and Applications XXXV (Orlando. 2009.), p. 72982W-1.

14. G. Gershon, A. Albo, M. Eylon, O. Cohen, Z. Calahorra, M. Brumer, M. Nitzani, E. Avnon, I. Aghion, I. Kogan, E. Ilan, A. Tuito, M. Ben Ezra, and L. Shkedy, in Proc. OPTRO 2014 (Paris. 2014).

15. I. D. Burlakov, K. O. Boltar, and A. E. Mirofyanchenko, et al., Usp. Prikl. Fiz. 3, 559 (2015).

16. S. Krishnamurthy, D. Orden, and Z.-G. Yu, J. of Elec-tronic Materials 45, 4574 (2016).

17. H. J. Haugan, B. V. Olson, G. J. Brown, E. A. Kadlec, J. K. Kim, and E. A. Shaner, in Proc. Infrared Sensors, Devices, and Applications VI (San Diego. 2016.), p. 10.

18. W. Sun, H. Fan, Z. Peng, L. Zhang, X. Zhang, L. Zhang, Z. Lu, J. Si, E. Emelyanov, M. Putyato, B. Semyagin, O. Pchelya-kov, and V. Preobrazhenskii, J. Infrared. Physic. & Technology 62, 143 (2014).

19. T. Ashley, T. Burke, M. Emeny, N. Gordon, D. Hall, D. Lees, J. Little, and D. Milner, SPIE 5074, 95 (2003).

20. P. C. Klipstein, E. Jacobshn, O. Klin, M. Yassen, Z. Calahorra, E. Weiss, S. Risemberg, and D. Rosenfeld, in Proc. Infrared Technology and Applications XXVIII ( Seattle. 2002). P. 653.

21. A. Glozman, E. Harush, E. Jacobsohn, O. Klin, P. C. Klip-stein, T. Markovitz, V. Nahum, E. Saguy, J. Oiknine-Schlesinger, I. Shtrichman, M. Yassen, B. Yofis, and E. Weiss, SPIE 6206, 98190T-1 (2006).

22. C. Downs and T. Vandervelde, Sensor. 13, 5054 (2013). 23. P. C. Klipstein, SPIE (2014). 24. S. Maimon and G. W. Wicks, Appl. Phys. Lett. 89,

151109 (2006). 25. G. R. Savich, J. R. Pedrazzani, D. E. Sidor, and G. W Wicks,

J. Infrared. Physic. & Technology 59, 152 (2013). 26. P. Martyniuk and A. Rogalski, Opt. Electr. Rev. 21, 239

(2013). 27. P. Martyniuk, M. Kopytko, and A. Rogalski, Opt. Electr.

Rev. 22, 127 (2014). 28. P. Martyniuk, J. Antoszewski, M. Martyniuk, L. Faraone,

and A. Rogalski, Appl. Phys. Rev. 1, 041102 (2014). 29. M. Razeghi and B. Nguyen, Rep. Prog. Phys. 77, 1 (2014). 30. I. Shtrichman, D. Aronov, M. Ezra, I. Barkai, E. Berko-

wicz, M. Brumer, R. Fraenkel, A. Glozman, S. Grossman, E. Jacob-sohn, O. Klin, P. Klipstein, I. Lukomsky, L. Shkedy, N. Snapi, M. Yassen, and E. Weiss, SPIE. 8353, (2012). P. 83532Y.

31. A. Rogalski, J. Antoszewski, and L. Faraone, J. Appl. Phys. 105, 091101 (2009).

32. W. A. Cabanski, K. Eberhardt, W. Rode, J. C. Wendler, J. Ziegler, J. Fleissner, R. H. Rehm, J. Schmitz, H. Schneider, and M. Walther, in Proc. Infrared Technology and Applications XXX (Orlando. 2004), p. 184.

33. B. Nguyen, D. Hoffman, P.-Y. Delaunay, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 91, P. 163511 (2007).

34. D. Z.-Y. Ting, C. J. Hill, A. Soibel, S. A. Keo, J. M. Mu- molo, J. Nguyen, and S. D. Gunapala, Appl. Phys. Lett. 95, 023508 (2009).

35. B. Nguyen, D. Hoffman, E. K. Huang, P.-Y. Delaunay, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 93, 123502 (2008).

36. S. A. Pour, E. K. Huang, G. Chen, A. Haddadi, B. Nguyen, and M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 98, 143501 (2011).

37. R. Tsu, L. L. Chang, G. A. Sai-Halasz, and L. Esaki, Phys. Rev. Lett. 34, 1509 (1975).

38. M. Razeghi, Technology of Quantum Devices (New York: Springer Science+Business Media, 2010).

39. E. Huang, B.-M. Nguyen, S. Ramezani-Darvish, S. Pour, G. Chen, A. Haddadi, and. M.-A. Hoang, SPIE. 8012, 80120 (2011).

40. M. J. Furlong, B. Martinez, M. Tybjerg, B. Smith, and A. Mowbray, in Proc. Infrared Technology and Applications XLI (Baltimore. 2015). P. 94510S-1.

41. M. Razeghi and E. Huang, SPIE. 7660, 76601F (2010). 42. F. Callewaert, A. Hoang, and M. Razeghi, Appl. Phys.

Lett. 104, 053508 (2014). 43. C. H. Grein, P. M. Young, and H. Enrenreich, J. of Elec-

tronic Materials. 22, 1093 (1993). 44. O. Cellek, Z. He, Z. Lin, S. Liu, and Y. Zhang, SPIE

8631, 86311I (2013). 45. P. Christol and J. B. Rodriguez, in Proc. International

Conference on Space Optics (ICSO. Tenerife. 2014). 46. M Razeghi, Waves in Random and Complex Media 24,

240 (2014). 47. A. Haddadi, S. Ramezani-Darvish, G. Chen, A. Hoang,

B. Nguyen, and M. Razeghi, IEEE J. Of Quantum Electronics 48, 221 (2012).

48. M. Razeghi Long Wavelength Infrared Detectors (Phila-delphia: Gordon and Breach Publishers, 1996).

49. M. Razeghi Fundamentals of Solid State Engineering, Third Edition. (New York: Springer US, 2009).

50. D. Ting, A. Soibel, J. Nguyen, L. Höglund, A. Kho-shakhlagh, S. Rafol, S. Keo, A. Liao, J. Mumolo, and S. Guna-pala, SPIE. 8154, 81540 (2011).

51. P. C. Klipstein, E. Avnon, Y. Benny, R. Fraenkel, A. Glozman, S. Grossman, O. Klin, L. Langoff, Y. Livneh, I. Lu-komsky, M. Nitzani, L. Shkedy, I. Shtrichman, N. Snapi, A. Tuito, and E. Weiss, SPIE 9070, 90700U (2014).

52. A. Khoshakhlagh, S. Myers, H. Kim, E. Plis, N. Gautam, S. Lee, S. Noh, R. Dawson, and S. Krishna, IEEE J. of Quantum Electronics 46, 959 (2010).

53. M. Razeghi, L. Esaki, and K. Klitzing (Bellingham: SPIE, 2013).

54. M. Razeghi, Vacuum 135, 1 (2017). 55. A. Haddadi, S. Adhikary, A. Dehzangi, and M. Razeghi,

Appl. Phys. Lett. 109, 021107 (2016). 56. W. E. Tennant, D. Lee, M. Zandian, E. Piquette, and

M. Carmody, J. of Electronic Materials 37, 1406 (2008). 57. A. Haddadi, G. Chen, R. Chevallier, A. M. Hoang, and

M. Razeghi, Appl. Phys. Lett. 105, 121104 (2014). 58. G. Chen, E. Huang, A. Hoang, S. Bogdanov, S. Darvish,

and M Razeghi, Appl. Phys. Lett. 101, 21350 (2012). 59. G. Chen, B.-M. Nguyen, A. Hoang, E. Huang, S. Dar-

vish, and M. Razeghi, SPIE 8268, 826811 (2012). 60. A. Haddadi, A. Dehzangi, S. Adhikary, R. Chevallier,

and M. Razeghi, APL. Materials. 5, 035502 (2017). 61. A. Haddadi, R. Chevallier, A. Dehzangi, and M. Razeg-

hi, Appl. Phys. Lett. 110, 101104 (2017). 62. E. Plis, S. S. Krishna, E. P. Smith, S. Johnson, and

S. Krishna, Electron. Lett. 47, 133 (2011). 63. G. Ariyawansa, J. M. Duran, M. Grupen, J. Scheahing,

T. R. Nelson, and M. T. Eismann, in Proc. Infrared Technology and Applications XXXVIII (Baltimore. 2012.) P. 83530E.

64. M. Razeghi, A. Haddadi, A. M. Hoang, E. K. Huang, G. Chen, S. Bogdanov, S. R. Darvish, F. Callewaert, and R. McClintock, J. Infrared. Physic. & Technology 59, 41 (2013).

65. A. M. Hoang, A. Dehzangi, S. Adhikary, and M. Razeg- hi, Scientific Reports 6, 1 (2016).