В настоящее время в СПбГЭТУ«ЛЭТИ» совместно с ФТИ им. А. Ф. Иоффе ведутся разработки высоковольтногоJBS-диода на напряжение свыше 2400 В. Основной особенностью разрабатываемых структур является применение «борной» p-охранной системы, в отличие от «алюминиевой», используемой компанией Cree. Предварительные результаты показали, что при наличии высококачественного подложечного материала возможно изготовление высоковольтныхJBSдиодов на напряжения более 3 кВ [16].

Фотоприемники УФ-диапазона

Благодаря высокому практическому интересу к оптоэлектронным приборам УФ-диапазона, который проявлялся на протяжении многих десятилетий, к началу XXI века сформировалось направление«ультрафиолетовая фотоэлектроника» [17]. Причиной этого стала острая потребность в приборах данного класса для решения прикладных задач в таких областях, как медицина, экология, астрономия, а также в ряде военных и аэрокосмических приложений.

Очевидно, что фотоприемные устройства для УФ-области спектра должны обладать малыми темновыми токами, высокой чувствительностью, быстродействием, а также стабильностью эксплуатационных параметров. Спектральная чувствительность таких фотодетекторов определяется многими факторами, главный их которых – ширина запрещенной зоны полупроводника. С этой точки зрения наиболее перспективны материалы с шириной запрещенной зоны более3 эВ.

В настоящее время базовыми материалами УФ-фотометрии являются карбид кремния, нитриды галлия и алюминия и их твердые растворы. На основе этих материалов разработаны и выведены на рынок фотоприемники, работающие в диапазоне длин волн 180–400 нм. Несмотря на то, что на данный момент приоритетными материалами УФ-фото- электроники являются GaN и AlN–GaN, карбид кремния занимает свою устойчивую нишу в следующих областях:

–высокотемпературная УФ-фотоэлектроника;

–контроль излучения мощных УФ-эксимерных лазеров, УФ-ламп и

других источников (известно, что фотодетекторы на основе SiC и алмаза наиболее стабильны при длительной засветке УФ-излучением);

72

–регистрация бактерицидного УФ-излучения [17];

–контроль возгорания (детекторы пламени, датчики электрической искры).

К наиболее часто используемым типам УФ-фотоприемников относятся фотодиоды с мелким p–n-переходом, гетерофотодиоды с широкозонным окном, а также поверхностно-барьерные структуры: диоды Шоттки, МДП-структуры с туннельно прозрачным диэлектриком. Фотодиоды с барьером Шоттки обладают рядом преимуществ по сравнению с обычными фотодиодами, у которых потенциальный барьер, разделяющий носители заряда, находится в объеме полупроводника. Их повышенная УФ-чувствительность связана с тем, что возбуждаемые коротковолновым излучением носители заряда разделяются электрическим полем у самой поверхности, то есть непосредственно в области поглощения квантов высоких энергий. В сравнении с биполярными фотоприемниками, фотодиоды с барьером Шоттки отличаются высоким быстродействием. С учетом этого фотоприемные структуры на основе монокристаллического SiС были выполнены в виде диодов с барьером Шоттки и МДП-структур с туннельно-прозрачным диоксидом кремния (рис. 21, а, б). С целью повышения эффективности фотопреобразования был реализован вариант фотодетектора с сетчатым полупрозрачным золотым электродом толщиной15 нм (рис. 21, в). Оба

типа фотоприемных структур изготавливались на эпитаксиальных n–n+ структурах. Уровень легирования n-слоев составлял (1–3)1016 см–3.

Фотоприемники с барьером Шоттки характеризовались высотой потенциального барьера 1,63–1,65 эВ. Обратные темновые токи при напряжении 1 В не превышали 10–12 А. Для МДП-структур при приложении напряжения, соответствующего режиму обеднения (до 10 В), величина токов утечки не превышала10–13 А. Измерения спектральных характеристик диодов с барьером Шоттки проводились в режиме короткого замыкания, а для МДП фотоприемных структур– при напряжении смещения 5 В, поскольку в режиме короткого замыкания протекание фототока зарегистрировано не было. Полученные образцы обладали фоточувствительностью в диапазоне200–420 нм (рис. 22). Было установлено, что при УФ-засветке (длина волны 254 нм)

73

в

Рис. 21. Карбидокремниевые фотоприемные структуры на основе диода Шоттки (а) и МДП-структуры (б) с сетчатым электродом (в)

фототок насыщения в МДП-структурах в2–5 раз превышал фототок в диодах Шоттки. Это свидетельствует о возможности повышения эффективности фотопреобразования за счет фототранзисторного эффекта [18].

Применение наноструктурированных полупроводников для изготовления сенсоров оптического излучения является весьма перспективным направлением развития фоточувствительных микросистем. К настоящему времени ведущими научными центрами продемонстрированы образцы высокочувствительных фотодетекторов видимого и ближнего ИК-диапазонов на основе пористого кремния, сформированного путем электрохимической обработки, и нанослоевых гетероком-

позиций на основе соединений A3B5, полученных методом молекуляр- но-пучковой эпитаксии. Они существенно превосходят аналоги, выполненные на монокристаллических полупроводниках.

74

Пористый карбид кремния (ПКК), как и пористый кремний (ПК), перспективен для создания оптоэлектронных приборов, таких как эффективные фотоприемники УФ-диапазона, светодиоды и лазеры на основе гетерокомпозиций «карбид кремния – нитрид алюминия». Интенсивность фото- и электролюминесценции в ПКК в десятки раз выше, чем в объемном материале практически в том же спектральном диапазоне. Это свидетельствует о незначительной трансформации зонной структуры кристаллитов ПКК. Проводя аналогию с фотоприемниками на основе ПК [19], можно предположить, что применение пористого карбида кремния повысит эффективность фотопреобразования.

Для формирования композиции «ПКК – карбид кремния» на монокристаллических подложках n-4H-SiC с протяженностью пористого слоя 1,5–2 мкм, изготовленных в СПбГЭТУ «ЛЭТИ», была использована технология, представленная в [20]. Были изготовлены планарные фотоприемные структуры (рис. 23, а) «металл – полупроводник – металл» (МПМ), представляющие собой встречно включенные диоды

75