Введение к работе
Актуальность теї-и. Гетероструктурц на основе многокомпонентных соединений A3 используются в качестве элементной базы инжеяциомньк'излучательных приборов, работающих в широком спектральном диапазоне длин, волн инфракрасной области [I].
Слределяич-м фактором з получении и применении многокомпонентных гетероструктур ка основе соединений А"%^ является дефектсобразование. на границе. Основными причинами дефектооб-разованкя являются рассогласование параметров решетки и коэффициентов термического расширения (КІР) подложки, и эпитакси-альнэго с-іоя. В случае трехкомпонентных твердых растворов (ГГР) имеется возможность изменением химического состава раствора изменить п/.рину запрещенной зоны (Eg). Требования повышения соверкміства гетерострухтур привели к. необходимости дальнейшего увеличения числа компонентов в твердом растворе. Поскольку .несоответствие параметров решетки на гетерогракице основная причина дефектсобраэования, то естественным образом возникло требование, чтобы эпитаксиальный слой имел хотя бы две химические степени свободы ~ одну на выбор величины Eg, а вторую -на согласование параметров решетки на гетеропереходе. Такому требования удовлетворяют четырехкомпонентные твердые растворы (41?) с заявлением атомов как в одной, так и е обеих подрешет-ках. Однако при этом не разрешается вопрос об одновременном согласовании параметров решетки и КГР. В силу указанных проблем введение пятого компонента получает третью дополнительную степень свободы, следовательно, появляется возможность в пя-тикокпонентноа твердом растворе (ИГР) независимо регулировать период решеткя, ширину запрещенной зоны и. КГР. Это создает предпосылки для получения на основе бинарных соединений одновременно согласованных по периоду решетки (изопериодных) и КГ? (изоэяспандкых), практически бездефектных гетероструктур, работаивих в широком спектральном диапазоне, что делаетт их перспективными материалами оптоэлектроники.
К моменту выполнения настоящей работы в литературе имелась ограниченная информация по исследованию и практической pea- лу.зации гетеросистем на основе ИГР.
В работе 12] проведан теоретический анализ пятикомпонега4-ных систем соединений A*30 и оценены спектральные диапазоны, в которых могут работать вдеаяьные гетероструктуры. В работе [3]. дан .термодинамический расчет фаэовьк равновесий в пятикомпонен-тных полупроводниковых системах на основе антишнида галлия. Авторами работы [4]бнл произведен термодинамический анализ устойчивости пятакомпокентных гетероструктур соединения А В . О согласовании параметров кристаллической решетки и КЗР в пяти-коетснектных гетероструктурах на основе соедішений AV сообщаюсь в работе [5]. В вышеперечисленных работах теоретически обосновывалась применение ІПР соединений А"-В как идеальных (бездефектных) гетероструктур. Экспериментальных исследований по практической реализации ІГГР в литературе имелась крайне скудная информация, о получении твердых растворов За & &а Ай$Ь в поле температурного градиента сообщений вообще нет. Поэтому теиа диссертационной работы является актуальной с практической точки зрения.
Цель -работы. Целью работы является разработка физико-химических основ получения пятикошїоненїньїх твердых растворов. Зп А2 &а As Sb в поле температурного градиента и высококачественных гегеросгруктур на их основе для увеличения спектрального диапазона, улучшения параметров и характеристик опто-электронных устройств и приборов.
Для реализации поставленной цели выполнялись следующие задачи:
выбор и разработка технологии выращивания ИГР на лод-ложхах антимскида галлия и арсенида индия;
расчет к экспериментальные исследования фазовых равновесий;
экспериментальные исследования закономерностей роста эпитаксиальных слоев от толщины зоны;
расчет и экспериментальные исследования распределения компонентов з твердом растворе; *
исследование, возможности получения вариэонных и однородных по составу эпитаксиальных слоев ыетодом зонной паре-кристаллизации градиентом 'температуры'(ЗИП};
иссдедованиз- структурного совершенства гетєструктур,
чПОЛуЧеШШХ,МеТОДОи ЗИГТ; О.;;
З :
- лсследовая'.'.а аямнесцекткьк свойств, получении* гетеро-структур.
На гшдиту выносится дледугаче научные пслскенил:
І. Разработанной способ ппитаксии «з жидкой фазы в поле температурного'градиента позволяет получать пятикокпоненгные твердые растворы 3aA^aGa,.4,aAazSb
Z. Предложенное термодинамическое описание фазового рав
новесия (иїогоксмпояентно-хкдкая - упруго-напряженная твердые
фазы), основанное на точечной аппроксимации кЕазихимического
приближения регулярных растворов, позволяет определись исход
ные данкыэ для получения ТЕЗрдых растворов' требуемых составов
методом 5ПГТ. " ' .
-
Скорость роста эплтаксиальных слоев Эп. А &Q. AsSb на подложках Scib уменьшается ео всем диапазоне толцин зон при добавлений АЄ и As sa счет уменьшения кинетических и дкффузи-онних параметров. Добавление Зп. увеличивает скорость роста в области иальэс толщин зон (I < 20 мкм).
-
Увеличение содержания Зеї в гетеро структурах Зп. А Ga A&Sb/GaSb расширяет диапазон изопериодных составов с прямыми оптическими переходами и увеличивает содержание мышьяка в яидксй фззе.
-
Введение шестого компонента (фосфора) в ПІР значительно расширяет область термодинамической нестабильности.
Научная новизна.
-
Разработана термодинамическая модель расчета фазовых равновесий - киогокомпонентный твердый раствэр-многоксмпонент- . ный кидкиа раствор с использованием точечной аппроксимации в квазихимическом приближении регулярных растворов.
-
Проведен термодинамический расчет фазовых равновесий
в системе t!a А &а As Sb - &а$Ь, позволяющий определить изо-лериодные составы существующих жидкой и упруго-напряженной твердой фаз.
-
Впервые исследован метод ЗПГТ пятикошонентных тзердых растворов на подложках анткмснида галлия.
-
БперЕые исследованы закономерности роста эпитаксиаль-нкх слоев За А Ga А$ b на подложках GaSb, полученных методом ЗПГТ.
' "4 ':
-
Исследована степень соверщенстаа гетероструктур, выращенных методом ЗПГТ. Выявлены услошя получения совершенных слоев.
-
ИсследоЕаны особенности фотолшинесцентных свойств пятикомпонентных гетероструктур
-
Исследованы области термодинамической нестабильности шестикомпонентных твердых растворов
Практическое значение работы.
Результата исследований и разработанная 'оригинальная конструкция кассет сдвигозого типа, а также методика получения эпитаксиальных слоев для производства светодиодов и несхлазда-смьяс лазеров внедрены в производство полупроводниковых соединений завода чистых металлов (г^ Светловоден). .
Аппробасия работы. Основные результаты работы докладывалась и обсуждались на семинарах в лаборатории физики полупроводников В5 НГГУ, на семинарах проблемной лаборатории НГГУ, I Всесоюзной конференции по физическим основа'/ твердотельной электроники (г. Ленинград, 1939 г.,), Всесоюзном езмлнаре по фиэкко-;'.имлчйСх;цл свойствам полупроводниковых систем (г. Одесса, 1990 Г.),10ИТН INTERNATIONAL CONFERtKC ON TEF.NMiY MUi CQMPCU.KDS
5 Всесоазксй конференции по физическим процессам в.лслупровод-иихошх г-зтеросі'руктурах (Калуга, IS9C г.). й научной конференции по фотоэлектрическим явлениям в полулрозодниках (Ашхабад, 1991 г.), на конференции по электронным материала!.! (Новосибирск, 'I9S2 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общаг, выводов, содержит МГ страниц изпл-нопиского текста, &Ь .иллюстраций, if -таблиц. Библиография включает і\ь наименований.-
