Введение к работе
Актуальность темы. Интерес к хидкофаэной эпитаксин полупроводниковых твердых растворов CoTta1_rA5_Sbj_y, ооогаценнш антимонидои галлия, обусловлен практической необходимостьо со-верізенствования элементной базы оптоэлехтрониых устройств (а волоконно-оптических линиях связи, в газовом анализе, в иаиерите-лях влахности и т.д.) в спектральной области до 2,5 им.
Четверное соединение Ga^n^_xkhJSby_y является представи
телей многокомпонентных твердих растворов соединений типа AdB^.
Главное преимущество таких материалов - возможность целенаправ
ленной оптимизации характеристик приборов путем вариации со
става. *
Многокомпонентные системы повволяот наиболее эффективно репать основную) ггроолечу получения гетеропереходов - согласования параметров кристаллических репеток гетеропар, чем достигается высокое кристаллическое совероенство границы раздела, приблихая ей по качеству к гомопереходам.
На основе многокомпонентных твердых растворов при испольво-вании монокристаллов бинарных соединений А3^5 в качестве подло-хек могут быть созданы иэопериодндо структуры для излучателей, перекрывающих практически весь спектральный диапазон, доступный соединениям А3^. Среди них изопериодные гетерокоыпозкцки GajInj.jAaySbj.y/GaSb привлекательны для создания излучателей спектрального диапазона 1,8 + 2,9 кки. Вахноя с точки зрения применения спектральная область вблизи 2 мкм, перекрывается составами твердого раствора, обогащенного антимонидои галлия.
Исследованию электролшинесценции (ЭЛ) в элитаксиальных р-п гетероструктурах на оонове GalnAaSb посвящено незначительное число работ (около 10), что связано с" трудностями их получения. Что касается ЭЛ свойств эпитаксиальуых структур на основе GalnAaSb, полученных хидхофазной эпитаксией (ХФЭ) из расплавов на основе сурьмы, они до нас не изучались.
Цель и задачи работы. Цельп настоящей работы является исследование ХФЭ GalnAaSb из расплавов на основе Sb, создание светодиодных структур (СДС) на основе этого твердого раствора и исследование их электрических и ЭЛ свойств.
Для достихения указанной цели были сформулированы следующие
основные задачи:
- исследовав фазовые равновесия в система Ga-In-Aa-Sb в ус
ловиях реального процесса ЖФЭ из расплавов, обогащенных сурьмой;
- изучить .закономерности ШЭ иаопериодных гетероструїпур
GalnAsSb/GaSb, GatoAsSb/AlGaAaSb;
разработать технологию создания СДС для спектрального диапазона 1,8 + 2,5 іаш;
исследовать электрические и ЭЛ свойства СДС для установления физических процессов, протекающих в этих структурах, и физических свойств эпитаксиального многокомпонентного соединения GalnlsSb;
вияснить возможность создания на основе твердых растворов GalnAaSb, полученных ЖФЭ из расплавов, обогащенных Sb, СДС с длиной волны излучения в интервале 1,8 + 2,5 шеи, работавших с высоким квантовым выходом, при комнатной температуре.
Научная новизна. Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Установлено, что в различных СДС излучательная рекомбинация происходит путем межзонных переходов носителей, переходов через состояния природных акцепторов и интерфейсных переходов на гетерогранице n-GaSb-n-C&InAsSb.
-
Сделано заключение, что особенности спектров ЭЛ СДС В и С типов, связаны с существованием пятикомпонентного твердого раствора (H)GalnAaSb в виде г теходішх слоев в гетероструктуре MGaAaSb/GalnisSb.
3. Установлено," что максимальная величина внешнего кванто
вого выхода возрастает в ряду А,В »С типов структур (Х*0,87) до
42, что обусловлено улучшением локализации инвестированных но
сителей в активном слое n-GaliiAaSb в С-типе структур. Достигну
тые максимальные вначения внешнего квантового выхода в структу
рах А и В (при Х«0,87) ц<2% близки и обусловлены наличием
n-GaSb-n-GalpAoSb готерограницы.
4. Выявлено, что зависимость квантового выхода от температу
ры в СДС на основе n-GalnAaSb при температурах вблизи 30Q К объ
ясняется действием механизмов излучательной рекомбинации и без-
ызлучательных Оже- и фононно-стимулирозаннш процессов.
t - , - G -
5. Установлено, что СДС с активной областью из твердого раствора GalnAaSb, полученного из Sb расплавов и имеющего состав. Слизкий к границе несмесиваемости, при 300 К имеет спектр ЭЛ, максимум которого расположен при К - 2,5 икм.
Практическая значимость. Исследованы технологические аспекты ЖФЭ СДС на основе твердого раствора GalnAaSb, полученного из расплава, обогащенного сурьмой.
Созданы СДС трех типов: А-типа п - GsSb - п - GalnAaSb - р - GaSb; В-типа п - GaSb - п - GalnAaSb - р - AlCaAaSb; С-типа п - GaSb - п - AlCaAaSb - п - GalnAaSb - р - AlCaAaSb. Они излучает при комнатной температуре в диапазоне I.R 2,5 . мкм, с квантовым выходом ц=1 * 455, полушириной диаграммы направленности излучения ""j с*^» <5истродействиеы 1-10- И ВЫХОДНОЙ МОЩНОСТЬЮ Р„,_ - I * ГО мВт.
Исследована деградадиоиная стойкость СДС и установлено, что их наработка на отісаз равна t«3GG0 часоэ. Полученные СДС могут найти применение в оптической спектроскопии и в ИК ВОЛС.
Основные научные положения, выносимые на зашиту.
-
Разработанная технология 03 СДС на основе CalnAsSb, получаемого из расплава, обогащенного сурьмой.
-
Установление явления проникновения атомов влшиния в активную область n-GalnAsSb, в СДС с AlCaAaSb слоями, которое обуславливает уширение спектров ЭД и модуляцию KB спада спектров ЭЛ под действием тока.
-
Интерпретация различия температурной зависимости квантового выхода СДС на основе GalnAaSb, полученных различными технологическими методами, на- основе учета двух оезыэлучателъных механизмов - Оже- и фононно-стимулированной рекомбинации.
4. Установление различия максимальной величины квантового
выхода в А, В и С СДС и объяснение его процессами локализации
инзектированнкх носителей (дырок) в'пределах активной области
(С-тип) или диффузией носителей в n-GaSb (А, В-тип).
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Осеннеы симпозиуме Европейского Общества
- G
no исследование материалов (Страсбург, 19Э0), II Всесоюзной конференции по фотоэлектрическим явленням в полупроводниках (Ашхабад, 1991), VII Всесоюзной конференции по радиационному теплообмену (Ташкент, 1991), Республиканской научной конференции "Актуальные проблемы полупроводниковых структурных элементов" (Фергана, 1992), Реслубликанскоя научно-технической конференции "Проблемы развития и эксплуатации междугородной и международной телефонной связи в Республике Узбекистан" (Ташкент, 1993), на семинарах ИЯФ АН РУз и Научно-исследовательского центра Министерства связи РУз.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 12 печатних трудов.
Структура и обьеи диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитированной литературы. Работа излотена на 90 страницах машинописного текста, содер-хит Зв рисунков, 7 таблиц и список цитированной литературы из ПО наименований.
