Введение к работе
Актуальность лемы. В последнее время исследователями ч нашей стране и за р\оежоу проявляє к л большой интерес к проблем? создания :,. лпрово тиковых оплшекгропных приборов, в первую очередь лазеров и фогоприемников. работающих в ере.,чем инфракрасном (ПК; спектральном диапазоне.
Для оаботы м лон области слемрл при; олн:>: приб-лр:-.! на ,'СИивс лл^-роиереходов в системах четырехкимпонентных AlGaAsSb и GalnAsSb, а также пятикомпонентнму ТПер","". р::т^оиои .'ГМТг. ияш^ло^и :--^,^-лннескиї f- <«?.sb :: !г.Лі, лозгіи^яіищие перекрыть диапазон 1,7-5,0 мкм. Данный класс приборов важен как для создания волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) третьего поколения на основе флюоридных волокон, так и для решения глобальных экологических задач, прежде всего для экспрессного мониторинга окружающей среды, т. к. п среднем ИК диапазоне спектра находятся линии поглощения таких промышленных и природных
ГаЗОВ. КПК ЧТИ..ІЄ!'. МСТа", Г::;с:о!; IVp^HCT.v^ :;;:'::"":' , : ,*ск;\ ' '-.к': : Л ' .. Л'
f і. г- 2- г і і х і іі.іллл.'М направлением примет,ел:-:/ :,,-. лл-'ч/^ликілл,-. , лс.шл/
интерес > '-,'' лпым ілмєінл с.лрле с ;іелл сні-, ,,
К момешу начала выполнения н;:,. лчллен .сель; і ''НП - твердла растворы іТРі AlGaAsSb и GalnAsSb оыли поселень; различным;' методами выращивания. Жидкофазная эпитаксия (ЖФЭ) производилась в оенпп-""»* из рпстпопов расплавов ::т о; - ,>,;е л.л ,л>пл.л:ч-:\ мел,., юп - . аллч: ни пій ; Особенное:и процессов ':ih;u;,^.;^.uijuiu роста в данном случае приводили к невысокому качеству гетеропереходов и низкой воспроизводимости структур, что не позволяло достичь уровня хаиактрригтиіт гг<.кг
"О". ПО.Т. ЧС.ЧНЫХ ІІЛ ОСЛВЛЬс ЛР\ і !Г> v ,'-.' МИЄ ЛИН \ '' ;,/ ,',\ -1,1-::.,-.-:(.1(,-,.
иренягсівпем на путл со ьппия лрпйороь среднего Ик ллапяппчг. ао^г^~~-
ловольно проіяженн;гі облаем, несмелдлпі--.-,ч ; - ;,---.е ел: і . Л S, , ч.
не позволякмна:: полупил меюдом Ж4С начес гвенные слои состава более х=0,26, ПТР GalnPAsSb также не были получены до настоящего времени.
Разработка технологии выращивания, которая позволила бы решать эти задачи делает данную работу актуальной, как с фундаментально научной, так и с практической точки зрения.
Целью настоящей работы являлся поиск новых методов в технологии ЖФЭ и исследование в этих условиях особенностей кристаллизации твердых растворов AlGaSb, GalnAsSb, AlGaAsSb и GalnAsPSb на подложках GaSb, что позволило бы качественно усовершенствовать, либо разработать (для ПТР) способы выращивания, обеспечить воспроизводимое получение изопериодическнх слоев заданного состава с высоким кристаллическим совершенством, а также изучить возможности эпитаксиального роста в области несмешиваемости.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
расчет фазовых равновесий в системах GalnAsSb и GalnAsPSb и определение оптимальных условий кристаллизации в процессе ЖФЭ; исследование жидких фаз, обогащенных сурьмой, методом прямого визуально-термического анализа in situ для определения величины критического переохлаждения и температуры ликвидуса, либо уточнения (для Ga-ln-As-Sb и Ga-In-As-P-Sb) результатов теоретического расчета; определение точки перехода к непрямозонной структуре в полученных твердых растворах AlGaSb, критической толщины слоя, где начинается генерация дислокаций несоответствия, диапазона когерентного роста; исследование механизма управления параметром решетки в полученных твердых растворах AlGaAsSb;
расчет положения и протяженности области несмешиваемости в системе GalnAsSb;
получение четверных твердых растворов GalnAsSb в широком диапазоне составов, определение условий, необходимых для роста как однородных по составу слоев, так и слоев с признаками спннодального распада;
получение ПТР GalnAsPSb, исследование их кристаллических и люминесцентных свойств;
исследование особенностей фотолюминесценции (ФЛ) твердых растворов GalnAsSb, соответствующих но составу области несмешиваемости. П:!учн.г-і_!к>віпнл ііі'Л\ '1с'1шы\ д рабо і с рез\лыатов eociom и сіелую-
аксиеримеикільно исследованы сурьмянистые области ракнол'.есныч и когерентных диаграмм состояния систем А!Н",С1-, С! >!л'.^Ь м ЛІС їаД sSb в широком диапазоне сосіааов. pen .и, і, ;г,, і л.:; сис;е-дм (ілІпЛьБЬ сопоставлены с теоретическим расчетом, проведенном в
Приближении n#»ryn«p..._::: p-;,„wuuo.
""Р"."?.":::; .юло/лсние области несмешиваемости для системы
GalnAsSb;
изучены процессы кристаллизации и получены эпитаксиальные слои
тройных AIGaSb и четверных твердых растворов GalnAsSb и
AlGaAsSb, в том числе впервые с составами твердой фазы GalnAsSb,
соответствующими области спинодалыюго распада;
пппі^дв,'!»!!!.; "С05\і)ЛНМ!"" '\~~іч'.:іі:'.. г:р:: -:"..:.: . г,.,", *-''! г '. :
!Є!ін:.;\ -' "".'" ''iainA^Sb ' ..!Гч-.\і\г; її,і '. !>с; . ~ '. :\ >,.'і !ш-:.;>. .; е.-.. г.к с!іініотал:-іі''['і p.u'iia.!,i. и і\':','!:і і лмМ'іі!,1'ч in: .... . " чі.. !" ::.: ... -ы.кснллькыч с/ач-ц,
впервые получены і! исследованы ПТР \ід(і;!'Л ,..:\ (1с1Юп^1Ь1е^[ауч^1ые_г]о^1^кения. выносимые па ;:пі!ігр Для тречкомпонеіпні.іх твердых растворов Aixua|.xSb существует критическая толщина эпитаксиального слот, гш>т:е .анор <ч ' сем не генерируются дислокации несоответствия, .тля і..-,'Осі: ; и'і,';еі:.;,'.:іп.ем Лі х<0,2 эш величина не превышает 1 мкм.
Для получения качественных однородных слоев In4Gai.xAsySbj.y, соответствующих по составу области ппшолал:.;;.-:<> о.кі'алл не:д'\иліг.о чтобы знак величині.і несоотвеїствия параметпер, ' ргсталлнчіХл.іА решеток (НИР) слоя и подложки был отрицательным, то есть шит аксиальные слои были растянуты в плоскости роста, кроме тою, их юлщи-на не должна превышать 500А.
-
За счет увеличения коэффициентов активности компонентов в твердой фазе скорость осаждения эпитаксиальных слоев lnxGai.xAsySb|.y, соответствующих по составу области несмешиваемости, уменьшается, достигая 500А/мнн при х=0,4.
-
ПТР Ga|.4In4AsyPzSbi.y.,. изопериодические с GaSb при выращивании методом ЖФЭ на подложках GaSb из растворов-расплавов, обогащенных сурьмой, образуют непрерывный ряд твердых растворов в области составов 0,9<х<0,97; 0,04
-
Люминесцентные свойства ПТР GalnAsPSb по сравнению с близкими по ширине запрещенной зоны твердыми растворами GalnAsSb значительно улучшились, что вызвано тем, что для сохранения условия изо-периодичности с GaSb требуется одновременное введение inP и InSb, результатом чего является увеличение величины спин-орбпталыюго расщепления Дм.
Практическая ценность результатов работы состоит в том, что:
в твердых растворах AIGaSb определен диапазон когерентного роста, уточнено положение точки перехода к непрямозонной структуре;
исследованы особенности вхождения As в жидкую фазу Al-Ga-As-Sb, необходимого для компенсации НПР твердого раствора и подложки, растущего с увеличением концентрации А!, результаты возможно применить при получении согласованных эмиттерных слоев;
получены твердые растворы GalnAsSb, соответствующие по составу области несмешиваемости, определены условия получения однородных по составу слоев;
получены гетероструктуры GalnAsSb/GaSb с активной областью, близкой по составу к InAs, на основе которых были созданы светодиоды, излучающие на длинах волн 3,7-3,9 мкм при Т=77 К;
предложен способ представления диаграмм состав-свойство для ПТР, который возможно использовать при определении параметров данных материалов;
- экспериментально получены и исследованы твердые растворы InGaAsPSb, пригодные для создания излучателей диапазона 3-5 мкм и ТФЭГ;
па основе разработанной методик:: получения эпптаксналкных слоев GalnAsSb созданы низкопороювые (j=0,9 кА/см') инкекниончые лазеры и быстродейсттюшие фотоприемннки (т-1 мкс) диапазона і .85-7.,05 мкм, работающие при комнатной температуре.
/\_і трцо аі і'1я_п»їі>о_!-Ьл- Ma і ер паты лщ.''срташпчшсн раб;;':;.! докладывались на следующих Всероссийских и Международных конференциях: Is'. 3rd fnter"?»ior!.?! Conference "Мк^тмигт < «рг"?»?с!:сг.:с;;: Г-.'и^іт^ яті ізе.'ісез" (LancaMci, England, 1996; Prague, Czech Republic, 1998; Aachen, Germany, 1999), International Workshop on New Approaches to Hi-Tech Materials 97 (St.-Petersburg, Russia, 1997), 3-eii Всероссийской конференции по физике полупроводников (Москва, 1997), 24th IEEE International Symposium on Compound Semiconductors (San Diego, CA, USA, 1997), 9th Internationa! Workshop on Physics of Semiconductor Devices (New Delhi
;,'-t-^еіегчіштц. K'-su. !94), У'" ї;мзг'ззю'ЧіІ " \,;еге;іч.с о і In; virmliriilf ::3 4'.!i.tions in лічі'гг (і ublin, Poland, : "> ''').
І.'І'ШІШ-ІІІІИ;.1 По материалам H'^eepiannorn^ З р;б<ц>. :зз,-г :,:.;.. г-.: , : печашы.ч тр> :<>з, список кчкормх приведен . з.чл.з ..нтпр*. Ьерз...
С__гр_\_кг\tx»_>LJjiiliM^liccM^rvrairjrM. Дпесеріациз іосюит пз ппедечик че-іі.ірел гда», заключения и списка цитируемой литературы, включающего 147 наименований. Она содержит 113 страниц машинописного текст''.. 62 рнс\н:.\1. 8 таблиц. Общий объем диссертант: ': ?0 езрлнш: