Материал для эффективной генерации терагерцового излучения


H01L33/26 - Полупроводниковые приборы по меньшей мере с одним потенциальным барьером или с поверхностным барьером, предназначенные для светового излучения, например инфракрасного; специальные способы или устройства для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы таких приборов (соединение световодов с оптоэлектронными элементами G02B 6/42; полупроводниковые лазеры H01S 5/00; электролюминесцентные источники H05B 33/00)
H01L27/153 - Приборы, состоящие из нескольких полупроводниковых или прочих компонентов на твердом теле, сформированных на одной общей подложке или внутри нее (способы и аппаратура, предназначенные для изготовления или обработки таких приборов или их частей, H01L 21/70,H01L 31/00-H01L 49/00; конструктивные элементы и особенности таких приборов H01L 23/00, H01L 29/00-H01L 49/00; блоки, состоящие из нескольких отдельных приборов на твердом теле, H01L 25/00; блоки, состоящие из нескольких электрических приборов, вообще H05K)

Владельцы патента RU 2650575:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук (ИСВЧПЭ РАН) (RU)

Изобретение относится к фотопроводящим полупроводниковым материалам. Предложен фотопроводящий материал с высокой интенсивностью генерации терагерцового (ТГц) излучения. Материал предназначен для использования в системах импульсной и непрерывной (фотомиксинг) генерации ТГц излучения. Предложенный материал представляет собой фотопроводящий слой InxGa1-xAs с мольной долей индия (х)≥30%, эпитаксиально выращенный на метаморфном ступенчатом буфере на подложке GaAs (100), причем фотопроводящий слой InxGa1-xAs толщиной 1,0-1,5 мкм растет ненапряженным на подложке GaAs за счет использования метаморфного ступенчатого буфера, который позволяет варьировать состав индия в фотопроводящем слое вплоть до 100%. Техническим результатом изобретения является упрощение технологического процесса изготовления материала.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к фотопроводящим полупроводниковым материалам группы A3B5 с высокой интенсивностью генерации терагерцового (ТГц) излучения. Такие материалы могут быть использованы в системах импульсной и непрерывной (фотомиксинг) генерации ТГц излучения (от 0,5 до 5,0 ТГц) для устройств безопасности и противодействия терроризму в местах массового скопления людей и на транспорте.

Уровень техники

Системы для генерации и детектирования (ТГц) излучения, работающие как в импульсном, так и в непрерывном режимах, основаны на принципе взаимодействия оптического излучения с поверхностью фотопроводящей антенны. В основе такой антенны лежит фотопроводящий материал с высокой эффективностью преобразования оптического излучения в ТГц. Тонкие пленки на основе тройного соединения InxGa1-xAs (где х - мольная доля индия), выращенные методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) при пониженных температурах (low temperature grown - LT InxGa1-xAs), являются перспективным материалом для генерации широкополосного ТГц излучения в устройствах, работающих для диапазона накачки от 1030 до 1550 нм, для которого не подходит широко используемый «низкотемпературный GaAs» (LTG GaAs). Однако LT InxGa1-xAs обладает рядом недостатков по сравнению с LTG GaAs: а) относительно малое сопротивление (меньше 103 Ом⋅см) и как следствие большой темновой ток и шум; б) сильное рассогласование по параметру кристаллической решетки с подложкой GaAs.

Одним из решений пункта (б) является использование решеточно-согласованных структур In0.53Ga0.47As/InP, подвергнутых имплантации ионов мышьяка, для окна прозрачности оптического волокна 1550 нм [J. Mangeney, A. Merigault, N. Zerounian, P. Crozat, K. Blary and J.F. Lampin. Continuous wave terahertz generation up to 2 THz by photomixing on ion-irradiated In0.53Ga0.47As at 1.55 μm wavelengths // Applied Physics Letters. - 2007. - V. 91. P. - 241102]. Однако ионная имплантация резко уменьшает сопротивление фотопроводящего материала In0.53Ga0.47As, которое изначально невелико.

Другим способом для оптимизации пунктов (а) и (б) являются структуры на основе решеточно-согласованных множественных квантовых ям In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As, выращенных на подложках InP [US 9018646 В2. МПК H01L 27/15; H01L 31/09]. Их основной недостаток заключается в достаточно больших временах жизни неравновесных носителей заряда, и как следствие, ширина спектра генерации относительно невысока при использовании данных материалов в качестве источника ТГц излучения.

Кроме того, оба приведенных подхода требуют использования довольно хрупких подложек InP, что накладывает дополнительные технологические трудности при изготовлении указанных материалов. Кроме того, InP обладает низкими пробивными напряжениями, что крайне нежелательно при создании фотопроводящих антенн для генерации ТГц излучения.

Еще одним подходом является использование LT InxGa1-xAs, сильно легированного бериллием, со степенью легирования NBe=2,6⋅1020 см-3 [D. Vignaud, J.F. Lampin, E. Lefebvre, M. Zaknoune, F. Mollot. Electron lifetime of heavily Be-doped In0.53Ga0.47As as a function of growth temperature and doping density // Applied Physics Letters. - 2002. - V. 80. - No. 22. - P. 4151]. При этом атомы бериллия обладают большой диффузионной длиной и эпитаксиальный рост такой структуры должен проходить при пониженной температуре, однако в этом случае сильно нарушается ее структурное качество. Кроме того, бериллий очень токсичен и является веществом 1 класса опасности [Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны: гигиенические нормативы ГН 2.2.5.1313-03: утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 27.04.2003: введ. в действие 30.04.2003. - М., 2003]. Также поскольку бериллий имеет р-тип проводимости, это увеличивает содержание фоновой примеси p-типа в камере роста в МЛЭ, что создает трудности для эпитаксиального роста структур с n-типом проводимости.

Главной особенностью перечисленных материалов является тот факт, что они, по отдельности, позволяют оптимизировать тот или иной параметр, перечисленный в пунктах а) и б), однако в целом показывают очень разрозненную картину.

Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является материал, описанный в [С. Baker, I.S. Gregory, W.R. Tribe, I.V. Bradley, M.J. Evans, E.H. Linfield, M. Missous. High resistivity annealed low-temperature grown InGaAs with sub-500 fs carrier lifetimes // Applied Physics Letters. - 2004. - V. 85. - No. 21. - P. 4965]. В данной работе описывается нелегированный LT InxGa1-xAs толщиной 1.0 мкм с мольной долей индия (х)=0,3, выращенный методом МЛЭ при температуре 200°C на подложке GaAs с кристаллографической ориентацией в плоскости (001). Недостатком данного материала является плохое структурное качество фотопроводящего слоя InxGa1-xAs и как следствие относительно невысокая интенсивность генерации ТГц излучения.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является получение материала InxGa1-xAs, выращенного методом МЛЭ, для систем импульсной и непрерывной (фотомиксинг) генерации ТГц излучения (от 0,5 до 5,0 ТГц), который мог бы заменить материал LT InxGa1-xAs. Для этого предлагаемый материал должен обладать удельным темновым сопротивлением (больше 103 Ом⋅см) и интенсивностью генерации ТГц излучения, сравнимыми с аналогичными параметрами материала LT InxGa1-xAs. Техническим результатом является упрощение технологического процесса изготовления материала InxGa1-xAs для систем импульсной и непрерывной генерации ТГц излучения. Упрощение заключается в отсутствии необходимости проведения постростового отжига, поскольку фотопроводящий слой InxGa1-xAs имеет высокое темновое сопротивление уже после проведения МЛЭ роста.

Технический результат достигается за счет того, что фотопроводящий слой InxGa1-xAs выращивается без пониженной температуры на метаморфном ступенчатом буфере методом МЛЭ на подложке GaAs с кристаллографической ориентацией в плоскости (100). Метаморфный буфер при этом позволяет получить ненапряженный фотопроводящий слой InxGa1-xAs за счет плавного изменения параметра решетки при переходе от подложки к растущему слою. В результате, материал InxGa1-xAs получается структурно совершенным в отличие от LT InxGa1-xAs, что позволяет получить высокую интенсивность генерации ТГц излучения за счет дополнительного вклада фотоэффекта Дембера. Это достигается за счет того, что метаморфный буфер позволяет плавно изменять параметр кристаллической решетки растущего эпитаксиального слоя при переходе от подложки GaAs к фотопроводящему слою InxGa1-xAs. Таким образом, варьируя мольную долю индия x(InAs) в слое InxGa1-xAs (вплоть до 100% индия), возможно подбирать оптимальный состав фотопроводящего слоя под широкий диапазон оптической накачки от 1030 до 1550 нм. Кроме того, фотопроводящий слой InxGa1-xAs, выращенный методом МЛЭ на метаморфном буфере, изначально обладает высоким темновым сопротивлением (больше 104 Ом⋅см), а значит и высокими пробивными напряжениями и не требует проведения постростового отжига.

Осуществление изобретения

Изобретение заключается в том, что методом МЛЭ выращивается фотопроводящий слой InxGa1-xAs с мольной долей индия (х)≥30%, толщиной от 1,0 до 1,5 мкм при температуре роста от 470 до 490°C. При этом:

1) фотопроводящий слой InxGa1-xAs выращивается на ступенчатом метаморфном буферном слое (температура роста буфера составляет 400°C) на подложке GaAs с кристаллографической ориентацией в плоскости (100). Метаморфный буфер состоит из последовательности семи слоев InyAl1-yAs с переменным составом индия (y), который варьируется в пределах от 0,10 до 0,46;

2) фотопроводящий слой InxGa1-xAs выращен методом МЛЭ, он не легирован и не является напряженным за счет использования метаморфного буфера. Мольную долю индия (х) в фотопроводящем слое можно варьировать в пределах х=0,3-1,0 за счет использования метаморфного буферного слоя. При этом эпитаксиальный рост будет происходить на подложке GaAs.

Фотопроводящий слой InxGa1-xAs может быть выращен методами молекулярно-лучевой эпитаксии либо газовой эпитаксии из металлоорганических соединений.

Материал для эффективной генерации терагерцового излучения с высокой интенсивностью, содержащий фотопроводящий слой InxGa-1xAs с мольной долей индия (х)≥30%, эпитаксиально выращенный на метаморфном ступенчатом буфере методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложке GaAs с кристаллографической ориентацией в плоскости (100), отличающийся тем, что фотопроводящий слой InxGa1-xAs растет ненапряженным на подложке GaAs за счет использования метаморфного ступенчатого буфера, который позволяет варьировать состав индия вплоть до 100%; фотопроводящий слой не легирован; толщина фотопроводящего слоя подбирается под диапазон оптической накачки 1030-1550 нм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области светотехники. Узел 100, испускающий свет, содержит первый источник 112 света, второй источник 118 света, первый люминесцентный материал 106, второй люминесцентный материал 116 и окно 102 выхода света.

Изобретение может быть использовано для получения белого света в осветительных устройствах. Осветительное устройство (100) содержит первый твердотельный источник (10) света, выполненный с возможностью подачи УФ-излучения (11) с длиной волны 380-420 нм; второй твердотельный источник (20) света, выполненный с возможностью подачи синего света (21) с длиной волны 440-470 нм; преобразующий длину волны элемент (200), содержащий первый люминесцентный материал (210) и второй люминесцентный материал (220).

Способ вывода из осаждённого из газовой фазы алмаза электромагнитного излучения центров окраски, в котором у поверхности алмазного образца формируется собирающая излучение центров окраски оптическая система, состоящая из конуса с круглым основанием из оптического стекла, окружающего конус конического зеркала и собирающей линзы.

Изобретение относится к светодиодной эпитаксиальной пластине и способу ее получения. Предложена неполярная светодиодная эпитаксиальная пластина синего свечения на подложке из алюмината лантана (LAO), содержащая последовательно нанесенные на подложку из LAO слои: буферный слой, выполненный из GaN с неполярной гранью m; первый нелегированный слой, представляющий собой неполярный нелегированный слой из u-GaN; первый легированный слой, представляющий собой неполярную легированную пленку из GaN типа n; слой квантовой ямы, представляющий собой неполярный слой квантовой ямы из InGaN/GaN; электронный инверсионный слой, представляющий собой электронный инверсионный слой из AlGaN с неполярной гранью m; и второй легированный слой, представляющий собой неполярную легированную пленку из GaN p типа.

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, а именно к светодиодным чипам, используемым в светодиодных осветительных системах. Светодиодный чип включает полупроводниковый светоизлучающий элемент, установленный на основании, содержащем пластину, изготовленную из диэлектрика, а также расположенное поверх указанных светоизлучающего элемента и пластины покрытие из полимерного компаунда, при этом на краевых участках верхней поверхности пластины из диэлектрика вблизи ее боковых сторон сформированы первая и вторая зоны металлизации, а светоизлучающий элемент имеет положительный и отрицательный металлические электрические выводы, один из которых соединен с первой зоной металлизации, а другой соединен со второй зоной металлизации.

Изобретение может быть использовано в осветительных устройствах, блоках фоновой подсветки и средствах отображения информации. Осветительное устройство 100 включает источник 10 света и люминесцирующий материал 20, преобразующий по меньшей мере часть излучения 11 от источника 10 в излучение 51.

Изобретение относится к осветительному устройству, включающему источник света для генерирования излучения источника света и конвертер света. Конвертер включает матрицу из первого полимера.

Изобретение относится к области осветительной техники и касается осветительного блока. Осветительный блок включает в себя источник синего света, источник зеленого света и два источника красного света.

Согласно изобретению предложен светоизлучающий полупроводниковый прибор, содержащий пакет слоев, причем пакет слоев включает катод, полупроводниковый слой, содержащий эмиссионный материал с излучением в диапазоне 300-900 нм, изолирующий слой и анод, катод находится в электрическом контакте с полупроводниковым слоем, анод находится в электрическом контакте с изолирующим слоем, при этом изолирующий слой имеет толщину в диапазоне до 50 нм, а полупроводниковый слой содержит слой легированного алюминием оксида цинка-магния с 1-350 млн-1 Al.

Полупроводниковый светоизлучающий прибор содержит первый преобразующий длину волны элемент, расположенный на верхней светоизлучающей поверхности полупроводникового светоизлучающего прибора, при этом первый преобразующий длину волны элемент содержит первый преобразующий длину волны материал, который не шире, чем эта верхняя светоизлучающая поверхность; и второй преобразующий длину волны элемент, расположенный на боковой поверхности полупроводникового светоизлучающего прибора, при этом второй преобразующий длину волны элемент содержит второй преобразующий длину волны материал, который не простирается на верхнюю светоизлучающую поверхность, при этом первый и второй преобразующие длину волны материалы являются разными преобразующими длину волны материалами.

Изобретение относится к полупроводниковой электронике. Фотопреобразователь лазерного излучения включает подложку (1) из n-GaAs, на которую последовательно нанесены слой (2) тыльного барьера из n-AlGaAs, базовый слой (3) из n-GaAs, эмиттерный слой (4) из p-GaAs, слой (5) широкозонного окна из n-AlxGa1-xAs, широкозонный стоп-слой (6) из n-AlyGa1-yAs и контактный подслой (7) из p-GaAs.

Изобретение может быть использовано в приемных антеннах для терагерцевого диапазона частот (от 300 ГГц до 4 ТГц). Cтруктура представляет собой полупроводниковую эпитаксиальную многослойную структуру, выращенную на подложке GaAs с кристаллографической ориентацией (111)А, состоящую из чередующихся матричных слоев нелегированного GaAs, выращенных в низкотемпературном режиме, и функциональных слоев GaAs, выращенных в стандартном высокотемпературном режиме и легированных атомами Si.

Изобретение может быть использовано для создания активного слоя в фотопроводящих антеннах-детекторах и генераторах электромагнитного излучения терагерцевого диапазона.

Изобретение относится к полупроводниковым фотопреобразователям, в частности к каскадным солнечным фотоэлементам, которые преобразуют энергию солнечного излучения в электрическую энергию, и может быть использовано в полупроводниковой промышленности для создания систем генерации электрической энергии.

Изобретение относится к солнечному элементу с проходящими между передним и задним контактом фотоактивными полупроводниковыми слоями со встроенным, соединяемым с передним контактом защитным диодом (шунтирующим диодом) с противоположной солнечному элементу полярностью и проходящим на передней стороне p-проводящим полупроводниковым слоем, на котором проходит туннельный диод.

Изобретение относится к устройству захвата изображения. Устройство захвата изображения содержит: пиксельную область, имеющую множество пикселей, которые размещены двухмерным образом, причем каждый из множества пикселей служит в качестве пикселя захвата изображения и пикселя обнаружения фокуса, каждый из множества пикселей выполнен с возможностью выдавать сигнал для обнаружения фокуса на основе обнаружения разности фаз; множество асимметричных микролинз, причем каждая из множества асимметричных микролинз размещена согласно множеству блоков фотоэлектрического преобразования соответствующих пикселей.

Изобретение относится к экранному узлу мобильного устройства и мобильному устройству. Технический результат заключается в повышении точности обнаружения состояния окружающего света, сохранении прочности экранного узла мобильного устройства, обеспечении более точного соответствия состояния собранного окружающего света фактическому состоянию для более точной регулировки яркости экрана.

Изобретение относится к устройству визуализации излучения и к системе обнаружения излучения. Устройство визуализации излучения для определения присутствия или отсутствия облучения излучением и определения дозы излучения содержит узел датчиков, включающий в себя пиксельную матрицу, выполненную с возможностью получать сигнал изображения, указывающий обнаруженное излучение, и множество элементов обнаружения, размещенных в пиксельной матрице и выполненных с возможностью обнаруживать излучение; схему, выполненную с возможностью считывать сигнал изображения из узла датчиков, при этом упомянутая схема обрабатывает первый сигнал для определения присутствия или отсутствия облучения излучением и второй сигнал для определения дозы излучения, при этом первый сигнал соответствует комбинации сигналов первого подмножества из множества элементов обнаружения, обеспеченного совместным электрическим соединением с упомянутой схемой, и второй сигнал соответствует комбинации сигналов второго подмножества из множества элементов обнаружения, обеспеченного совместным электрическим соединением с упомянутой схемой, и количество элементов обнаружения, включенных в первое подмножество, больше, чем количество элементов обнаружения, включенных во второе подмножество.
Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в упрощении коммутации ячеек памяти.

Светоизлучающее устройство содержит твердотельный источник (101) света, выполненный с возможностью излучения первичного света (L1); преобразующий длину волны элемент (102), включающий множество преобразующих длину волны областей (102a, 102b, 102c и т.д.) для преобразования первичного света во вторичный свет (L2), при этом каждая преобразующая длину волны область посредством этого обеспечивает поддиапазон полного спектра светового выхода, причем по меньшей мере некоторые из упомянутых преобразующих длину волны областей расположены в виде массива и содержат квантовые точки, при этом разные преобразующие длину волны области содержат квантовые точки, имеющие разные диапазоны излучения вторичного света, обеспечивающие разные поддиапазоны полного спектра светового выхода, и при этом поддиапазон, обеспечиваемый каждой преобразующей длину волны областью перекрывается или является смежным с по меньшей мере одним другим поддиапазоном, обеспечиваемым другой преобразующей длину волны областью, при этом упомянутые преобразующие длину волны области вместе обеспечивают вторичный свет, включающий в себя все длины волн диапазона от 400 нм до 800 нм.

Использование: для изготовления OLED устройств. Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления органического электролюминесцентного светоизлучающего устройства со структурированным шаблоном светоизлучающих и неизлучающих областей, содержащий этапы: - создания подложки, покрытой, по меньшей мере, локально, по меньшей мере, одним проводящим слоем в качестве первого электрода; - осаждения (D-SML) слоя модификации стека локально в верхней части первого электрода для образования первых областей, покрытых слоем модификации стека, и непокрытых вторых областей, прилегающих к первым областям, формируя требуемый структурированный шаблон, при этом слой модификации стека является слоем, который содержит перфторированную вакуумную смазку или перфторированное масло для вакуумных насосов; - осаждения (D-OLS) стека органических слоев, содержащего, по меньшей мере, один органический светоизлучающий слой в верхней части первого электрода, локально покрытого слоем модификации стека, обеспечивающего отделение стека органических слоев от первого электрода слоем модификации стека между стеком органических слоев и первым электродом в первых областях и находящегося в прямом электрическом контакте с первым электродом во вторых областях; и - осаждения (D-SE) слоя проводящего металла в качестве второго электрода в верхней части стека органических слоев для завершения стека функциональных слоев.

Изобретение относится к фотопроводящим полупроводниковым материалам. Предложен фотопроводящий материал с высокой интенсивностью генерации терагерцового излучения. Материал предназначен для использования в системах импульсной и непрерывной генерации ТГц излучения. Предложенный материал представляет собой фотопроводящий слой InxGa1-xAs с мольной долей индия ≥30, эпитаксиально выращенный на метаморфном ступенчатом буфере на подложке GaAs, причем фотопроводящий слой InxGa1-xAs толщиной 1,0-1,5 мкм растет ненапряженным на подложке GaAs за счет использования метаморфного ступенчатого буфера, который позволяет варьировать состав индия в фотопроводящем слое вплоть до 100. Техническим результатом изобретения является упрощение технологического процесса изготовления материала.

Наверх