Ю.А. Кабальнов1, М.М. Иванова2, А.В. Кашин3
1–3 ФГУП «РФЯЦ ВНИИЭФ» (г. Саров, Россия)
1 Kabalnov@niiis.nnov.ru, 2 Nayanova@yandex.ru, 3 aKashin@niiis.nnov.ru

Постановка проблемы. Элементы оптоэлектроники находят широкое применение в радиоэлектронной аппаратуре, обеспечивая повышение их характеристик и надежности. Для изделий оптоэлектроники наиболее предпочтителен так называемый коммуникационный диапазон длин волн ~ 1,3–1,55 мкм, поскольку он соответствует окну прозрачности оптоволоконных линий связи. Германий с кремнием образует непрерывный ряд твердых растворов, кристаллизующихся в решетке алмаза, что позволяет расширить спектральный диапазон оптоэлектронных элементов на основе кремния в область коммуникационного диапазона.
В этой связи актуальной является задача создания эффективных радиационно-стойких элементов оптоэлектроники для радиоэлектронной аппаратуры: светоизлучающих и фотоприемных устройств, а также оптоэлектронных пар на основе гетероэпитаксиальных структур Ge/Si.

Цель. Исследовать особенности создания перспективных радиационно-стойких оптоэлектронных изделий на базе гетероэпитаксиальных структур Ge/Si.

Результаты. Рассмотрены технологические аспекты формирования бездислокационных гетероэпитаксиальных структур Ge/Si на подложках Si(001) и КНИ с использованием комбинированных методов сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии. Показана принципиальная возможность использования структур с массивом наноостровков Ge/Si в качестве излучающих и фотоприемных элементов в составе оптоэлектронных пар (ОП). Представлены варианты конструктивного исполнения ОП, включающие в себя различные сочетания активных элементов, выполненных на основе эпитаксиальных структур Ge/Si. Подтвержден высокий уровень стойкости к γ-нейтронному излучению изделий оптоэлектроники, созданных на базе гетероэпитаксиальных структур Ge/Si.

Практическая значимость. Полученные результаты исследований могут быть использованы на практике при создании оптоэлектронных компонент с высоким квантовым выходом на базе гетероэпитаксиальных структур Ge/Si.

Кабальнов Ю.А., Иванова М.М., Кашин А.В. Особенности создания радиационно-стойких оптоэлектронных приборов на базе гетероэпитаксиальных структур Ge/Si // Успехи современной радиоэлектроники. 2026. T. 80. № 8. С. 102–117. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202608-13

1. Белкин Е.М., Кудж С.А., Сигов А.С. Новые принципы построения радиоэлектронной аппаратуры СВЧ диапазона с использованием радиофотонной технологии // Российский технологический журнал. 2016. № 1(10). С. 4–20.
2. Шенгуров В.Г., Чалков В.Ю., Денисов С.А. и др. Фотодетекторы на базе гетероструктур Ge/Si (001), выращенных методом горячей проволоки // Физика и техника полупроводников. 2015. Т. 49. № 10. С. 1411–1414.
3. Herbst M., Schramm C., Brunner K. et. al. Structural and optical properties of vertically correlated Ge island layers grown at low temperatures // Materials Science and Engineering. 2002. B89. P. 54–57. 
4. El Kurdi M., Boucaud P., Sauvage S. et. al. Silicon-on-insulator and SiGe waveguide photodetectors with Ge/Si self-assembled islands // Physica. 2003. E16. P. 523–527.
5. Oehme M., Werner J., Jutzi M. et. al. High-speed germanium photodiodes monolithically integrated on silicon with MBE // Thin Solid Films. 2006. № 508. P. 393–395.
6. Lavchiev V., Chen G., Jantsch W. Ordered Ge-dot arrays in a Si-waveguid for 1,5 μm detectors // Thin Solid Films. 2010. № 518. P. 2573–2575.
7. Lin J., Camacho-Aguilera R., Bessette J.T. et. al. Ge-on-Si optoelectronics // Thin Solid Films. 2012. № 520. P. 3354–3360.
8. Lai J.Y., Tsai S. C., Lin M.W. et. al. Deposition of high-quality Ge film on Si by PECVD using GeCl4/H2 for fabricating near-in­frared photodiodes // Materials Science in Semiconductor Processing. 2022. № 148. 106740.
9. Ryzhak D., Corley-Wiciak A.A., Steglich P. et. al. Selective Epitaxy of Germanium on silicon for the fabrication of CMOS compatible short-wavelength infrared photodetectors // Materials Science in Semiconductor Processing. 2024. № 176. 108308.
10. Филатов Д.О., Горшков А.П., Волкова Н.С., Гусейнов Д.В. и др. Фотодиоды на базе массивов самоформирующихся наноостровков GeSi/Si (001), выращенных методом комбинированной сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии Si и газофазной эпитаксии Ge // Физика и техника полупроводников. 2015. Т. 49. № 3. С. 399–405.
11. Bogaerts W., Chrostowski L. Silicon Photonics Circuit Design: Methods, Tools and Challenges // Laser Photonics Rev. 2018. № 12. 1700237.
12. Siew S.Y., Li B., Gao F. et. al. Review of Silicon Photonics Technology and Platform Development // Journal of lightwave techno­logy. 2021. V. 39. № 13. P. 4374–4389.
13. Новиков А.В., Яблонский А.Н., Платонов В.В. и др. Влияние радиационного воздействия на люминесцентные свойства низкоразмерных гетероструктур SiGe/Si (001) // Физика и техника полупроводников. 2010. Т. 44. Вып. 3. С. 346–351.
14. Красильник З.Ф., Кудрявцев К.Е., Качемцев А.Н. и др. Сравнительный анализ радиационного воздействия на электролюминесценцию кремния и SiGe/Si (001)-гетероструктур с самоформирующимися наноостровками // Физика и техника полупроводников. 2011. Т. 45. Вып. 2. С. 230–234.
15. Иванова М.М., Качемцев А.Н., Михайлов А.Н. и др. Влияние импульсного гамма-нейтронного облучения на фоточувствительность фотодиодов на базе Si с наноостровками GeSi и эпитаксиальными слоями Ge // Физика и техника полупроводников. 2018. Т. 52. Вып. 6. С. 651–655.
16. Якимов А.И., Кириенко В.В., Блошкин А.А. и др. Усиление фототока в кремниевых фотодиодах с квантовыми точками Ge гибридными плазмонными и диэлектрическими модами планарного волновода // Физика и техника полупроводников. 2024. Т. 58. Вып. 7. С. 386–392.
17. Смагина Ж.В., Новиков А.В., Степихова М.В. и др. Люминесценция пространственно упорядоченных одиночных и групп самоформирующихся Ge(Si) наноостровков, встроенных в фотонные кристаллы // Физика и техника полупроводников. 2020. Т. 54. Вып. 8. С. 708–715.
18. Зиновьев В.А., Смагина Ж.В., Зиновьева А.Ф. и др. Высокодобротные состояния в спектрах излучения линейных периодических цепочек Si-нанодисков со встроенными GeSi-квантовыми точками // Физика и техника полупроводников. 2024. Т. 58. Вып. 5. С. 238–241.
19. Boucaud P., Li X., Kurdi M. et. al. Ge islands and photonic crystals for Si-based photonics // Optical Materials. 2005. № 27. P. 792–798.
20. Двуреченский А.В., Якимов А.И. Квантовые точки 2-го типа в системе Ge/Si // Физика и техника полупроводников. 2001. Т. 35. № 9. С. 1143–1153.
21. Иванова М.М., Филатов Д.О., Нежданов А.В. и др. Влияние импульсного гамма-нейтронного облучения на морфологию самоформирующихся наноостровков GeSi/Si(001) // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2020. № 2. С. 55–62.
22. Скупов А.В. Моделирование процессов образования радиационных дефектов в гетероструктурах с самоформирующимися наноостровками Ge(Si)/Si(001) при облучении нейтронами // Физика и техника полупроводников. 2015. Т. 49. Вып. 5. С. 634–637.