Введение к работе
Актуальность темы
Полупроводниковые материалы оптоэлектроники должны
удовлетворять ряду требований, определяющих возможность их приборного применения: 1) возможность изготовления из них кристаллически совершенных эпитаксиальных структур; 2) пригодность для сопряжения с электронными схемами; 3) высокая фотоэлектрическая и электротехническая добротность; 4) способность приборов, формируемых из этих материалов, эффективно генерировать и детектировать излучение.
Прямозонный антимонид галлия GaSb и твердые растворы на его основе являются эффективными материалами оптоэлектроники инфракрасного диапазона[1,2]. Ограничивающим фактором для приборов на основе GaSb является уровень концентрации акцепторов (1016 см"3) в слоях, получаемых как жидкофазной (ЖФЭ), так молекулярно-лучевой и МОС-гидридной эпитаксией[3]. Введение висмута в твердые растворы AmBv позволяет эффективно управлять многими параметрами, иногда даже являясь альтернативой увеличению числа компонентов, влекущему за собой технологические и другие трудности[2,4,5]. Достоинства и недостатки ЖФЭ хорошо известны, но, несмотря на повсеместную разработку новых способов получения монокристаллов, эффективность ЖФЭ не подлежат сомнению.
Для висмутсодержащих гетеросистем перспективным методом ЖФЭ является градиентная жидкофазная кристаллизация (ГЖК) или зонная перекристаллизация градиентом температуры (ЗПГТ). Параметры технологических процессов этого метода достаточно полно отражены в[2].
К началу выполнения данной работы в литературе имелась разрозненная информация об эпитаксиальных слоях полупроводников GaSb
Г рос национальная"!
| БИБЛИОТЕКА I
4 получению данных твердых растворов. В связи с этим тема данной работы актуальна с научной и практической точек зрения.
Цель и задачи исследования
Целью работы является разработка технологии ГЖК и ее экспериментальное исследование применительно к получению эпитаксиальных слоев висмутсодержащих твердых растворов GaSbi xBix и Gai .yInySb і _ХВ іх на основе GaSb, исследование совершенства, электрофизических и фотолюминесцентных свойств эпитаксиальных структур.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
расчет фазовых равновесий и экспериментальное подтверждение расчетных значений коэффициентов распределения компонентов в системах Ga-Sb-Bi и Ga-In-Sb-Bi;
разработка технологических методик выращивания висмутсодержащих твердых растворов на подложках антимонида галлия;
- анализ распределения компонентов и распределения легирующих
примесей в эпитаксиальных слоях GaSbi_xBix и Gai.yInySbi xBix;
исследование структурного совершенства и электрофизических свойств полученных варизонных слоев;
исследование фотолюминесцентных свойств полученных структур.
Научная новизна
1. Теоретически и экспериментально исследована фазовая диаграмма висмутсодержащих гетеросистем GaSb
2. Получены висмутсодержащие твердые растворы GaSb
GaInSb
3. Исследованы свойства полученных эпитаксиальных слоев.
Практическая значимость
-
Разработана методика кристаллизации висмутсодержащих твердых растворов GaSb
и GaInSb в поле температурного градиента. -
Разработаны технологические режимы получения и влияние ряда технологических факторов на характер получаемых эпитаксиальных слоев твердых растворов GaSb
и GaInSb на антимониде галлия.
3. Получены твердые растворы GaSb
4. Разработаны конструкции инжекционных излучателей на основе
твердых растворов GaSb
промышленных атмосферных углеводородных и азотных загрязнений.
Основные научные положения выносимые на защиту:
-
Наибольшее согласие с экспериментом дает точечная аппроксимация квазихимического приближения регулярных растворов, примененная в работе для гетеросистем на основе GaSb. Результаты расчета позволяют определить исходные данные для получения твердых растворов требуемых составов методом ЗПГТ.
-
Метод градиентной жидкофазной кристаллизации позволяет получать эпитаксиальные слои GaSbi xBix хВіх с требуемыми параметрами.
3. Оптимальные величины переохлаждений при выращивании
эпитаксиальных слоев твердых растворов GaSb!_xBix и Gai.yInySb].xBix лежат в
интервале 5-10 К. Разработанная в диссертации слайдерная кассета
позволяет минимизировать случаи спонтанной объемной кристаллизации при
больших переохлаждениях, вплоть до критических.
-
Применение Ga-Bi и In-Bi, In-Ga-Bi (вплоть до 90% Ві в жидкой фазе) зон позволяет получать эпитаксиальные слои GaSb^JBi,, (х < 0.003) и Ga|. yInySb,.xBixO< 0.008; у < 0.15).
-
Скорость жидкой зоны состава Ga-Bi возрастает при увеличении доли висмута, а состава In-Ga-Bi - при увеличении доли индия и висмута в жидкой фазе.
-
Эпитаксиальные гетероструктуры GaSb
/GaSb и GaInSb /GaSb могут служить в качестве элементной базы инжекционных излучателей с длиной волны 1,7-1,9 мкм.
Достоверность научных положений и результатов
Достоверность результатов обеспечивается использованием хорошо зарекомендовавших себя аналитических и численных методов математики, физики, физхимии, обоснованностью приближений в применяемых моделях описания твердых растворов, использованием апробированных методов экспериментальных исследований, согласием теоретических и экспериментальных результатов работы между собой и с результатами других авторов.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Восьмой международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники» (Дивноморское, ТРТУ, 2002), Международной Научной Конференции «Кристаллизация в наносистемах» (Иваново, 2003), межвузовских научно-технических конференциях, а также на конференциях, совещаниях, семинарах лаборатории физики полупроводников ВИ(ф) ЮРГТУ (НПИ).
Работа проводилась в рамках научного направления, принятого в Университете и на кафедре физики: «Кристаллы и структуры для твердотельной электроники».
Публикации и вклад автора
