Характеризация состава эпитаксиальных слоёв InAsSbP методами оптической спектроскопии

Кириленко Я.Д., Дорогов М.В., Романов В.В., Попова Т.Б., Моисеев К.Д., Мынбаев К.Д., Чуманов И.В., Фирсов Д.Д., Комков О.С.

Ссылка для цитирования:

Кириленко Я.Д., Дорогов М.В., Романов В.В., Попова Т.Б., Моисеев К.Д., Мынбаев К.Д., Чуманов И.В., Фирсов Д.Д., Комков О.С. Характеризация состава эпитаксиальных слоёв InAsSbP методами оптической спектроскопии // Оптический журнал. 2026. Т. 93. № 10. С. 3–11. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-10-03-11

Kirilenko I.D., Dorogov M.V., Romanov V.V., Popova T.B., Moiseev K.D., Mynbaev K.D., Chumanov I.V., Firsov D.D., Komkov O.S. Characterization of the composition of InAsSbP epitaxial layers with optical spectroscopy [In Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2026. V. 93. № 10. P. 3–11. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2026-93-10-03-11

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Гетероструктуры c эпитаксиальными слоями твёрдых растворов InAsSbP, выращенные методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений. Цель работы. Определение взаимосвязи элементных составов кристаллографического шаблона и гетероэпитаксиальных слоёв твёрдых растворов InAsSbP оптическими методами. Методы. Спектроскопия общего отражения в ультрафиолетовом и видимом диапазонах длин волн; спектроскопия фотолюминесценции и фотомодуляционного отражения в инфракрасном диапазоне длин волн; рентгеноспектральный микроанализ и энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия. Основные результаты. С использованием оптических методов определены параметры энергетической диаграммы четырёхкомпонентных твёрдых растворов InAs1–x–ySbyPx. Элементный состав твёрдых растворов проконтролирован методами рентгеноспектрального микроанализа и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Установлена взаимосвязь элементных составов кристаллографического шаблона и гетероэпитаксиальных слоёв, выращенных на данном шаблоне (с использованием данного шаблона). Практическая значимость. Установленная взаимосвязь элементных составов кристаллографического шаблона и эпитаксиальных слоёв в сочетании с определёнными (установленными) параметрами энергетических диаграмм системы InAs1–x–ySbyPx позволяют обоснованно выбирать режимы роста и составы широкозонных барьерных слоёв для обеспечения эффективной локализации носителей заряда в рабочем слое светодиодов и лазеров среднего инфракрасного диапазона.

Ключевые слова:

InAsSbP, твёрдые растворы, эпитаксиальные структуры, оптическая спектроскопия, рентгеновская спектроскопия

Благодарность:

работа в Университете ИТМО выполнена в рамках государственного задания (проект FSER-2025-0005)

Коды OCIS: 120.5700, 130.5990, 250.5230, 260.3060, 300.6470

Список источников:

1. Lane B., Tong S., Diaz J., Wu Z., Razeghi M. High power InAsSb/InAsSbP electrical injection laser diodes emitting between 3 and 5 μm // Mater. Sci. Engineer. B. 2000. V. 74. № 1–3. P. 52–55. DOI:10.1016/S0921-5107(99)00533-4
2. Forcade G.P., Valdivia C.E., Molesky S., Lu S., Rodriguez A.W., Krich J.J., St-Gelais R., Hinzer K. Efficiency-optimized near-field thermophotovoltaics using InAs and InAsSbP // Appl. Phys. Lett. 2022. V. 121. № 19. P. 193903. DOI:10.1063/5.0116806
3. Pawluczyk J., Kłos K., Ślęzak O., Majkowycz K, Murawski K. Manyk T., Rutkowski J., Martyniuk P. Passivation of MWIR heterostructure p-InAsSbP/n-InAs photodiodes using SiO2 layers for near-room-temperature operation // Proceedings. 2025. V. 129. P. 13. DOI:10.3390/proceedings2025129013
4. Романов В.В., Иванов Э.В., Моисеев К.Д., Пивоварова А.А., Яковлев Ю.П. Длинноволновые светодиоды в окне прозрачности атмосферы 4,6–5,3 мкм // ФТП. 2020. Т. 54. № 2. С. 202–206. DOI:10.21883/FTP.2020.02.48906.9278
Romanov V.V., Ivanov E.V., Pivovarova A.A., Moiseev K.D., Yakovlev Yu. P. Long-wavelength LEDs in the atmospheric transparency window of 4.6–5.3 μm // Semiconductors. 2020. V. 54. № 2. P. 253–257. DOI:10.1134/S1063782620020189
5. Rangel G.F., de Leon Martínez L.D., Walter L.S., Mizaikoff B. Recent advances and trends in mid-infrared chem/bio sensors // TrAC Trends in Analytical Chemistry. 2024. V. 180. P. 117916. DOI:10.1016/j.trac.2024.117916
6. Tang Y., Zhao Y., Liu H. Room-temperature semiconductor gas sensors: Challenges and opportunities // ACS Sensors. 2022. V. 7 № 12. P. 3582–3597. DOI:10.1021/acssensors.2c01142
7. Романов В.В., Моисеев К.Д., Кудрявцев Ю.А. Особенности формирования эпитаксиальных слоев InAsSbP на подложке InAs методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений // ФТТ. 2016. Т. 58. № 11. С. 2203–2207.
Moiseev K.D., Romanov V.V., Kudryavtsev Yu.A. Features of an InAsSbP epilayer formation on an InAs support by metalorganic vapor phase epitaxy // Phys. Sol. State. 2016. V. 58. № 11. P. 2285–2289. DOI:10.1134/S1063783416110251
8. Романов В.В., Байдакова М.В., Моисеев К.Д. Эпитаксиальные слои InAsSbP с предельным содержанием фосфора, изоморфные с подложкой InAs // ФТП. 2014. Т. 48. № 6. С. 753–758.
Romanov V.V., Baidakova M.V., Moiseev K.D. On InAsSbP Epitaxial layers with ultimate phosphorus content, lattice-matched with an InAs substrate // Semiconductors. 2014. V. 48. № 6. P. 733–738. DOI:10.1134/S1063782614060220
9. Gawron W., Madejczyk P., Martyniuk P., Krishna S. Infrared barrier detectors with metamorphic InAsSb absorbers on GaAs substrates // IEEE Sensors J. 2024. V. 24. № 9. P. 14151–14158. DOI:10.1109/JSEN.2024.3379680
10. Fujita H., Yasuda D., Ota S., Geka H., Gomes Camargo E., Isshiki S., Fukunaka T., Kuze N. Hydrofluoroolefins leakage detection by nondispersive infrared gas sensor using InAsSb light emitting diodes and photodiodes // IEEE Sensors Lett. 2023. V. 7. № 9. P. 3502004. DOI:10.1109/LSENS.2023.3301833
11. Романов В.В., Моисеев К.Д. Особенности энергетической структуры эпитаксиального слоя InAsSbP при осаждении на поверхность твердого раствора InAs1–ySby // ФТТ. 2023. Т. 65. № 10. С. 1707–1714. DOI:10.21883/FTT.2023.10.56317.116
Romanov V.V., Moiseev K.D. Features of the energy band structure of the InAsSbP epilayer deposited on a surface of the InAs1–ySby solid solution // Phys. Sol. State. 2023. V. 65. № 10. P. 1634–1641. DOI:10.61011/PSS.2023.10.57214.116
12. Романов В.В., Иванов Э.В., Моисеев К.Д. Формирование гетероперехода II типа в полупроводниковой структуре InAsSb/InAsSbP // ФТТ. 2020. Т. 62. № 11. С. 1822–1827. DOI:10.21883/FTT.2020.11.50055.139
Romanov V.V., Ivanov E.V., Moiseev K.D. Forming a type-II heterojunction in the InAsSb/InAsSbP semiconductor structure // Phys. Sol. State. 2020. V. 62. № 11. P. 2039–2044. DOI:10.1134/S1063783420110244
13. Firsov D.D., Komkov O.S., Solov’ev V.A., Kop’ev P.S., Ivanov S.V. Temperature-dependent photoluminescence of InSb/InAs nanostructures with InSb thickness in the above-monolayer range // J. Phys. D: Appl. Phys. 2016. V. 49. P. 285108. DOI:10.1088/0022-3727/49/28/285108
14. Моисеев К.Д., Романов В.В. Определение зонной диаграммы гетероперехода InAs1–ySby/InAsSbP в интервале составов y < 0,2 // ФТТ. 2021. Т. 63. № 4. С. 475–482. DOI:10.21883/FTT.2021.04.50712.260
Moiseev K.D., Romanov V.V. Band diagram of the InAs1–ySby/InAsSbP heterojunction in the composition range y < 0.2 // Phys. Sol. State. 2021. V. 63. № 4. P. 595–602. DOI:10.1134/S1063783421040156
15. Aspnes D.E., Studna A.A. Dielectric functions and optical parameters of Si, Ge, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, and InSb from 1.5 to 6.0 eV // Phys. ReV. B. 1983. V. 27. № 2. P. 985–1009. DOI:10.1103/PhysRevB.27.985
16. Deng H.Y., Wang Q.W., He J.Y., Sun C.H., Hu S.H., Chen X., Dai N. Electronic transitions and hybrid resonance in InAsSb films by reflectance spectra // Appl. Phys. Lett. 2010. V. 97. № 15. P. 151910. DOI:10.1063/1.3501978