Содержание к диссертации
1. ВВЕДЕНИЕ
2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ВАРИЗОННЫХ СТРУКТУР И ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НА ИХ ОСНОВЕ
2.1. Фотоэлектрические свойства варизонных полупроводников
2.2. Получение варизонных Ga A So -структур методом жидкофазной эпитаксии и исследование их свойств
2.2.1. Основные физико-химические свойства ba и их твёрдых растворов
2.2.2. Метод жидкофазной эпитаксии
2.2.3. Фазовое равновесие системы Go. - А" - Sb
2.2.4. Получение варизонных Ga M Sb -структур
2.2.5. Исследование варизонных a,.xA- Sb -структур...
2.3. Фотоэлектрические преобразователи на основе варизонных р-п-структур
2.4. Выводы
2.5. Постановка задачи
3. ВЫРАЩИВАНИЕ ВАРИЗОННЫХ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ И Р-Л-ОТУКЇУР НА ИХ ОСНОВЕ
3.1. Технологическая установка для создания варизонных с-х A So - структур и омических контактов
3.2. Исходные материалы и их обработка
3.3. Выращивание варизонных Ga A x 5 слоев и р-п-структур с увеличивающейся Ео в направлении роста и различными значениями Ео; и vЕо
3.3.1. Изотермическое смещивание растворов-расплавов
3.3.2. Выращивание варизонных b a A Sb слоев
3.3.3. Создание варизонных ба,. А х Sb р-п-структур
3.5. Выводы
4, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВАРИЗОННЫХ
4,1, Методика и объекты исследования
4, 2, Электрические свойства
4.2.1. Вольт-фарадные характеристики
4.2.2. Вольт-амперные характеристики
4.3. Фотоэлектрические свойства
4.3.1. Зависимость фотоэлектрических свойств от величины
4.3.2. Зависимость фотоэлектрических свойств от градиента Е о и температуры
4.4. Анализ экспериментальных результатов
4.5. Выводы
5. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НА ОСНОВЕ ВАРИЗОННЫХ СТРУКТУР
5.1. Объекты исследования и методика измерений
5.2. Спектральные характеристики
5.3. Световые вольт-амперные характеристики
5.3.1. Фотодиодный режим
5.3.2. Фотовольтаический режим
5.4. Энергетические характеристики
5.5. Нагрузочные характеристики и коэффициент полезного действия 5 6.
Выводы 6.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ЛИТЕРАТУРА
Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМ, В последние годы варизонные полупроводники позволили значительно повысить эффективность существующих фотоэлектрических приборов и создать принципиально новые, такие как селективные фотоприёмники [I, 112] , оптоспектрометрические элементы [2, 109] и другие,
К настоящему времени наиболее полно изучены и продолжают исследоваться варизонные структуры, созданные на основе твёрдых растворов системы GaAs - AAs . Это объясняется тем, что исходные соединения 6а s и AtAs обладают близкими параметрами решётки (а) и создают между собой непрерывный ряд твёрдых растворов, что позволяет получать качественные эпитаксиальные варизонные структуры. Созданные варизонные Ga A As структуры успешно применяются для разработки различных высокоэффективных оптоэлектронных приборов, в частности, фотоэлектрических преобразователей [3-5].
Наряду с варизонными & ,_, . A t A S структурами, твёрдые
растворы системы Ga Sb - ASb представляют определён ный интерес, область применения которых для оптоэлектронных приборов охватывает более длинноволновый участок спектра, неперек-рывающий , а дополняющий область применения системы GaAs- М As. Исходные бинарные соединения Ga Sb ж А5Ь имеют малую разницу в параметрах решётки (Д&/С1 = 0,66 %) , обладают одинаковой кристаллической структурой и образуют непрерывный ряд Ga,_ A x b твёрдых растворов . Ширина запретной зоны ( Eg ) этих твёрдых растворов в зависимости от состава находится в пределах 0,7 1,6 эВ. Поэтому твёрдые растворы системы GaSb- A5b являются перспективными материалами для создания фотоэлектрических приборов ближней инфракрасной и видимой области спектра и разработки фотоэлектрогенераторов солнечного излучения [6].
Для создания эффективных фотопреобразователей на основе варизонных структур необходимо разработать способы получения эпитаксиальных слоев с увеличивающейся Eg и градиентом ширины запретной зоны ( vEo ) в направлении роста кристалла . Кроме этого , граница раздела эпитаксиальный слой-подложка и эпитак-сиальный слой - эпитаксиальный слой должна быть достаточно совершенной .
Традиционный метод создания эпитаксиальных структур - метод принудительного охлаждения растворов-расплавов имеет ограниченные возможности и не удовлетворяет эти требования. Однако, другой новый усовершенствованный вариант метода жидкофазной эпи-таксии - многократное изотермическое смешивание растворов-расплавов [7] позволяет получить эпитаксиальные варизонные структуры как с возрастающей , так и с уменьшающейся шириной запретной зоны в направлении роста кристалла во всем интервале составов ; при этом градиент ширины запретной зоны может иметь достаточно неограниченные значения •
К началу настоящей работы ряд достоинств GQ. A- Sb твёрдых растворов , таких как - широкие пределы изменения Ео ( 0,7 1,6 эВ ) и изопериодичность кристаллической решётки с GaSb , реализованы в селективных для диапазона энергии фотона 0,7 1,6 • эВ .: Е83 и широкополосных с красной границей фоточувствительности 0,7 эВ [9] фотоприёмниках . Однако , несмотря на значительный научный и практический интерес проявляемый в последнее время к варизонным Ga,. A cSb структурам , они изучены в недостаточной степени. Отсутствуют работы по изучению закономерностей изменения фотоэлектрических свойств варизонных 6а,-/А х5о р-п-структур в зависимости от ширины запретной зоны в области р-п-перехода ( EQ; ), и градиента ширины запретной зоны , а также практически не создавались фотопреобразователи солнечного излучения на их основе.
ЦЕЛЬЮ ДАННОЙ РАБОШ явилось создание фоточувствительных ва-ризонных ба,-х А )с SD р-п-структур и фотопреобразователей на их основе.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В результате выполнения настоящей работы: - разработан метод эпитаксиального выращивания варизонных Gct A tSb слоев с увеличивающейся Е. и vEn в направлении роста структуры путём многократного изотермического обогащения 6с\ - Sb раствора-расплава обогащающими Go. -hi- So растворами-расплавами. На основе разработанной методики созданы варизон-ные 6a,.xA xSb сдои и р-п-структуры с Ел , возрастающей от подложки ( Ео . 0,7 эВ ) до освещаемой поверхности ( Ео 1,45 эВ , р- и п- типа), с vE=50 600 эВ/см и Е.- = 0,79 + 1,35 эВ ;
- изучены электрические и фотоэлектрические свойства варизонных GQ A SO р-п-структур в зависимости от Е« в области р-п-перехода и градиента Е» в интервале температур 78 300 К. Впервые созданы фотоэлектрические преобразователи солнечного излучения на основе варизонных ба А с Ь р-п-структур с Еа:-1,2 эВ и vEo 500 эВ/см и исследованы их параметры.
Результаты проведённых исследований позволили создать следующие приборы:
- широкополосные фотоприёмники с спектральной фоточувствительности 0,8 + 2,2 эВ и селективные фотоприёмники с энергией максимума фоточувствительности, лежащей в интервале 0,7 + 1,5 э В, полушириной спектральной полосы, составляющей 30 + 150 мэВ и квантовой эффективностью 0,3 0,5 эл./фот.;
- солнечные фотопреобразователи с КПД порядка 4 6$ при 300 К и 10 -ГІ2 % при 77 К в условиях нормального солнечного освещения на основе варизонных 6a,. A(xSb р-п-структур с освещаемой п- и р-широкозонной облластями ( EQJ== 0,8 + 1,3 эВ , VEg = 400 600 эВ/см.
Работа состоит из введения, четырёх разделов, заключения и списка литературы.
В первом разделе ( во введении ) обоснована актуальность исследования варизонных Gq,_xA c b - структур и фото преобразователей на их основе, кратко изложено содержание диссертации, основные результаты и научные положения, выносимые на защиту.
Во втором разделе дан обзор литературы, посвященный (фотоэлектрическим свойствам варизонных полупроводников и вопросам получения варизонных Ga,.xAxSo структур методом жидкофазной эпитаксии, а также исследованию фотоэлектрических преобразователей на основе варизонных р-п-структур.
В результате проведённого литературного обзора сделан вывод о том, что создание и исследование варизонных широкополосных фотопреобразователей являются новой и перспективной областью физики и техники полупроводников. Сформулированы цель и основные задачи работы.
Третий раздел посвящен главным образом методике экспериментального выращивания варизонных ба,.хД х51э слоев и р-п-структур с увеличивающейся Ео в направлении роста кристалла с различными значения ми Ео; и VEQ •
Изучены закономерности эпитаксиальной кристаллизации Gcti-x А?х" Ь структур как при однократном, так и при многократном изотермическом смешивании растворов-расплавов.
Из анализа экспериментальных результатов исследования электрических и фотоэлектрических свойств варизонных 6а,_хА?х Ь р-п-структур сделан вывод о том, что для создания фотопреобразователей солнечного излучения на их основе оптимальными являются структуры с Ео; а= 1,20 1,35 эВ и vEQ 1С?эВ/см.
Пятый раздел посвящен исследованию широкополосных фотопреобразователей, созданных на основе варизонных 6a,.xACxSb р-п структур. Исследованы спектральные, световые вольт-ашерные, энергетические и нагрузочные характеристики. Площадь изготовленных и исследованных Ga At " фотопреобразователей составляла 0,5 5,0 MNT.
В шестом разделе ( в заключении ) приводятся основные результаты диссертации.
Материалы диссертационной работы были доложены и обсуждались на Всесоюзной конференции "Физика соединений A"% ( Новосибирск , 1981 г. ), совместном расширенном заседании секции прикладных исследований Научного Совета АН СССР и секции фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии Научного Совета ГКНТ СМ СССР ( Ашхабад, 1981 г. ), III Всесоюзной конференции по физическим процессам в полупроводниковых гетероструктурах ( Одесса, 1982 г. ), а также на семинарах отдела полупроводников ФТИ АН Туркменской ССР ( Ашхабад).