УДК 621.382.133.546.681'19

          В ЦНИИ "Электрон" в течение многих лет ведутся разработки фотоэлектронных приборов на основе фотокатодов с отрицательным электронным сродством (ОЭСФК) со структурами из полупроводников группы А3В5 чувствительных в диапазоне 0,35-1,1 мкм. На основе гомоэпитаксиальных структур GaAs [Ge] была разработана серия ФЭУ - квантаконов (ФЭУ-155, -156, -157) с фотоэмиссионной чувствительностью в диапазоне до 0,9 мкм 700-1200 мкА/лм. На базе эпитаксиальных структур In_0,18Ga_0,82As - GaAs были получены ОЭСФК, которые легли в основу разработанных ФЭУ с диапазоном чувствительности 0,35--1,1 мкм, имеющие на длине волны 1,06 мкм квантовую эффективность 0,5-2 %. На получаемых методом МОС-гидридной газовой эпитаксии структурах в системе GaAs-Al_xGa_1-х, были достигнуты значения фотоэмиссионной чувствительности ОЭС полупрозрачных ФК на стекле в диапазоне 0,5-0,9 мкм 500-1500 мкА/лм. Показано, что для расширения спектрального диапазона чувствительности полупрозрачных ОЭС ФК до длины волны 1,1 мкм для применения в приборах ночного видения возможно использовать структуры с активным слоем состава In_0,18Ga_0,82As.

          С 1974 г. в ЦНИИ "Электрон" ведутся разработки эпитаксиальных методов получения слоев соединений А3В5, предназначенных для использования в качестве отражательных и полупрозрачных фотокатодов с отрицательным электронным сродством (ОЭСФК) чувствительных к свету в диапазоне 0,35-1,1 мкм. В качестве методов получения использовались жидкофазная эпитаксия (ЖФЭ), газофазная эпитаксия (ГФЭ) на основе транспортных реакций и эпитаксия с использованием металлоорганических соединений (ЭМОС).
          В процессе разработок решались задачи достижения структурных и электрофизических характеристик материалов с целью обеспечения высоких фотоэмиссионных свойств ОЭСФК, а также повышения производительности оборудования и технологий изготовления фотокатодов.
          Методом ЖФЭ получали ФК с ОЭС, работающие как "на отражение", так и "на просвет". Достоинствами его являются простота аппаратурного оформления и возможность получения высоких значений электрофизических и фотоэлектрических параметров. Недостаток метода - это невозможность и сложность достижения однородности свойств по площади структур большого диаметра. Так как производительность установки ЖФЭ с реактором горизонтального типа составляла 1-2 шт. за один технологический цикл, то для гомоэпитаксиальных структур GaAs решить проблему производительности удалось используя методику окунания и шагового охлаждения. В специально разработанной установке УЖЭВ-1 в центральной части вертикального кварцевого реактора помещался кварцевый контейнер с перенасыщенным раствором-расплавом Ga-GaAs. В контейнер погружались вертикально поставленные шесть нар подложек арсенида галлия.
          Таким образом, нами была выполнена разработка серийной технологии изготовления структур арсенида галлия, легированного германием р-типа проводимости для непрозрачных ОЭСФК, примененных в ФЭУ типа квантаконы.

          Теоретические расчеты интегральной чувствительности ОЭСФК "на отражение" при диффузионной длине L = 1-10 мкм и вероятности выхода В ~ 0,8 S = 2400-4000 мкА/лм.
          Таким образом, нами была достигнута фотоэмиссионная чувствительность, близкая к расчетной [1].
          На основе этих структур была разработана серия ФЭУ-квантаконов: ФЭУ-155, -156, -157 [2].
          С целью расширения спектрального диапазона чувствительности в длинноволновую область спектра велись работы по получению эпитаксиальных слоев твердых растворов галлий арсенид - индий арсенид на подложках GaAs. Для получения красной границы спектра на уровне 1,06-1,1 мкм состав твердого раствора In_xGa_1-xAs_х должен быть равен 0,18. При этом расхождение по величине постоянной решетки а (In_0,18Ga_0,82)As с a (GaAs) слишком велика, чтобы выросли слои с хорошей морфологией. Поэтому применялся в этом случае ЖФЭ буферный слой и растили более сложную структуру GaAs (подложка) - Ga_1-yIn_yP - Ga_1-xIn_xAs.
          На таких структурах quot; на отражение" были получены следующие характеристики спектральной чувствительности:

красная граница, мкм	0,92; 1,1
интегральная чувствительность, мкА/лм	200-400

         Для повышения производительности и фотоэмиссионной чувствительности в красной области структуры с красной границей спектра 1,1 мкм GaAs (подложка) -In_xGa_1-xAs (x = 0,18) выращивали методом газофазной эпитаксии с использованием хлоридно-гидридной технологии. Согласование решеток подложки и верхнего слоя In_xGa_1-xAs с х = 0,18 осуществлялось путем выращивания слоя переменного состава от х = 0 до х = 0,18. Осаждение проводилось на стандартной установке ЭТР-100. Изменение состава производили путем увеличения потока хлористого водорода через источник индия. Производительность разработанного метода - до 7 структур диаметром 40 мм за технологический цикл.
          Одна из основных проблем при разработке этой технологии - неконтролируемый рост твердого раствора на поверхности структуры после окончания процесса (после отключения подачи реагентов и при снижении температуры). Вопрос оптимизации условий окончания эпитаксиального роста был решен путем программированного снижения температуры в сочетании с изменением направлений газовых потоков при окончании роста слоев [3].
          На базе структур GaAs (подложка) - In_0,18Ga_0,82As (эпит. слой) в институте проведена разработка ФЭУ "Кент" с квантовым выходом на длине волны l = 1,060 мкм, h = 0,5 %, а также ФЭУ "Комета-1" с диапазоном чувствительности 0,35-1,1 мкм и имеющие на длине волны 1,060 мкм квантовую эффективность 0,5-2 %.
          Невозможность применения хлоридно-гидридной технологии для получения слоев твердых растворов AlxGa1-xAs при разработке структур GaAs - Al_xGa_1-xAs - GaAs - Al_xGa_1-xAs для полупрозрачных фотокатодов инверсного типа (со спектральным диапазоном чувствительности 0,55-0,9 мкм) потребовала перехода к эпитаксии с применением МОС-металлоорганических соединений. Для этой цели использовалась промышленная, но модернизированная нами установка "Экран". Суть проведенной модернизации сводилась к тому, что в отличие от общепринятой схемы организации газового потока в реакторе вертикального типа, в нашем случае парогазовая смесь поступала снизу вверх к подложкам, помещенным на нижней грани подложкодержателя. Такая схема позволяла значительно снизить влияние на процесс роста конвекционного массопереноса, что позволило повысить однородность свойств гетероструктур по площади. Разработанная методика позволяла получать за один технологический цикл 5 структур диаметром 25 мм.
          На таких структурах после нанесения диэлектрика, термокомрессии со стеклом и последующего удаления подложки арсенида галлия и стопорного слоя Ga_1-xAl_xAs получались ОЭС полупрозрачные фотокатоды с интегральной чувствительностью 500-1500 мкА/лм в спектральном диапазоне 0,55-0,9 мкм.
          Для расширения спектральной характеристики инверсионного полупрозрачного ОЭСФК на основе системы GaAs -Al_xGa_1-xAs-Si₃N₄-SiO₂ - стекло (рис. 1) в ближнюю ИК-область до 1,1 мкм необходимо уменьшить ширину запрещенной зоны активного слоя, то есть вместо арсенида галлия использовать более узкозонные твердые растворы галлий-индий-мышьяк Ga1-xInxAs или галлий-мышьяк-сурьма GaAs_1-xSb_x (рис. 2). Для достижения края погло- щения на уровне 1-1,1 мкм необходимо, чтобы активным слоем был твердый

раствор In_0,18Ga_0,82As. Такой слой можно получить способом МОС-гибридной эпитаксии, причем слой с 18 % In должен быть получен путем выращивания переходного слоя с постепенным добавлением In от 0 до 18 %. Подобные работы ведутся за рубежом, например в фирме Lutton Electron Devision [4] получены лабораторные образцы ЭОП на основе ОЭСФК со структурой InGaAs и на l = 1,06 мкм получена чувствительность в приборе 0,08-0,35 мА/Вт.
          На рис. 3 показаны спектральные характеристики ОЭСФК, сдвинутые в ИК-область и полученные на образцах структур GaAs-Ga_xIn_1-xP-Ga_1-yIn_yAs, выращенных в нашем институте на подложках из арсенида галлия с актив- ным слоем In_yGa_1-yAs (y = 0,18), снятые при работе ФК в режиме "на просвет". Структура не была термокомрессирована со стеклом. Показано,

что на основе гетероструктур GaAs-GaAlAs-InGaAs, выращенных методом МОС-гидридной эпитаксии, возможно продвинуть спектральную фотоэмиссионную чувствительность ОЭСФК в ближнюю ИК-область до 1,1 мкм с перспективой использования таких катодов в приборах ночного видения.

          Л и т е р а т у р а

          1. А н т о н о в А. И., З а б е л и н а Л. Г., И ч к и т и д з е Р. Р., К л и м и н А. И. и др. Арсенидгаллиевый фотокатод с интегральной чувствительностью 3200 мкА/лм//Письма ЖТФ, 1985. Т. 11. N 10. С. 602-605.
          2. А л е к с а н д р о в И. Р., В и л ь д г р у б е Г. С., Д у н а е в с к а я Н. В., П а л ь т с Т. Н. Фотоумножители с фото- и вторичными эмиттерами из материалов А3В5//Электронная промышленность. 1985. N 9. С. 31-33.
          3. З а б е л и н а Л. Г., П е т р о в А. С., П о л я к о в А. Я., С а к с е е в Д. А., Ш у л ь б а х В. А. Поверхностные свойства гетероструктур GaAs-In(x)Ga(1-x)As для ОЭС фотокатода//Электронная техника. Сер. 4. 1987. N 8. 4(257). С. 8.
          4. E s t r e r a J. P., P a s s m o r e T. W., R e c t o r M. Development of Extended Red (1,0- 1,3 mkm)//Image Intensifiers, SPIE. 1994. V. 2551. P. 135-144.

          The paper shows that Electron NRI has been developed photosensitive devices on the base of the negative-electron- affinity photocathodes (NEAPhC) with A3B5 structures sensitive in the spectral range from 0,35 to 1,1 mkm for a long time. The homoepitaxial GaAs(Ge) - structures underlay the quantocon PMT family (the 155, 156, 157 PMTs) featuring the luminous sensitivity from 700 to 1200 mkA/lm in the spectral range up to 0,9 mkm. The prodused NEAPhC with the In_0,18Ga_0,82As-GaAs structures underlay the developed PMTs featuring the spectral response range from 0,35 to 1,1 mkm, the quantume yield from 0,5 to 2 % with the wavelengh of 1,06 mkm. The semitransparent on-glass NEAPhCs based on the GaAs- Al_xGa_1-xAs epitaxial structures grown with the MOCVD method showed the luminous sensitivity 500-1500 mkA/lm in spectral range from 0,5 to 0,9 mkm. It is shown that with the purpose of extending the spectral response range for the semitransparents NEARhC up to the wavelength of 1,1 mkm for an application for night vision devices, the structures with the In_0,18Ga_0,82As active layer compound can be used.

Содержание журнала "Прикладная физика" N 3, 1999 г.