Получение варизонных твердых растворов InSbBi и InAsSbBi методом температурного градиента и исследование их свойств

• Автор: Кодин, Валерий Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Волгодонск
• Количество страниц: 131 с. : ил.

ГЛАВА 1.

ВЫВОДЫ ГЛАВА 2.

ВЫВОДЫ ГЛАВА 3.

ВЫВОДЫ ГЛАВА 4.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Жидкофазные методы получения варизонных эпитаксиальных слоев

1.2. Физико-химические основы кристаллизации твердых растворов 1г&ЬШ

и 1пАзБЬШ из раствора-расплава

1.3. Особенности поведения компонентов и примесей и свойства твердых растворов /иб&Й и 1пА$8ЫН

1.4. Постановка задачи исследования

ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ КИНЕТИКИ И ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ В ПОЛЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ГРАДИЕНТА
2.1. Фазовые равновесия в гетеросистемах /иУбй/ и 1пАх8ЬВ1
2.2. Управление профилями распределения компонентов в варизонных эпитаксиальных слоях
2.3. Стабилизация состава эпитаксиальных варизонных слоев при
градиентной жидкофазной кристаллизации

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВАРИЗОННЫХ
ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ 1п8Ь,.хВ'1х И 1пА8,.х.^ЬхВ1у МЕТОДОМ ГРАДИЕНТНОЙ ЖИДКОФАЗНОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
3.1. Аппаратурное оформление процесса получения и подготовка необходимых материалов, методика получения твердых растворов 1п8Ь1.хВ '1х и 1пА51.х.у$ЬхВ1у
3.2. Методика формирования жидких зон
3.3. Прикладные возможности метода градиентной жидкофазной
кристаллизации

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА РОСТА
ИЗ РАСТВОРОВ-РАСПЛАВОВ И СВОЙСТВА ВАРИЗОННЫХ
СЛОЕВ 1п8Ь.хВ1х и 1пА51-х-у5ЬхВ1у
4.1. Экспериментальное исследование процесса роста варизонных слоев и 1пА.?1.х.у8ЬхВ1у
0 4.2. Влияние условий роста на структуру, распределение
компонентов и примесей в эпитаксиальных слоях 1п8Ь/.хВ1х и 1пЛ.Ч1_х.}8Ьх1Иу при однократном и возвратно-поступательном проходе
жидкой зоны
4.3. Электрофизические свойства варизонных слоев 1п8Ъ.хВ1х и 1пА5/.х.у8Ьх1Иу
4.4. Практические рекомендации по получению варизонных слоев
ВЫВОДЫ
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ
ЛИТЕРАТУРА
Эпитаксиальные структуры из антимонида индия и многокомпонентных твёрдых растворов (МТР) на его основе используются в различных областях электроники[1-5]. Особенности зонной структуры этих материалов позволяют создать ряд приборов, которые не могут быть изготовлены на элементарных полупроводниках[1,3-5].
Широкое применение в новых конструкциях оптоэлектронных приборов находят гетероструктуры (ГС) на основе МТР АШВУ с координатно зависимой шириной запрещённой зоны (£),) в т.н. варизонных слоях. Интерес к таким структурам вызван возможностью существенного улучшения параметров оптоэлектронных приборов[ 1,4-6], в частности, фотоэлектрических датчиков и фотодиодов[3-6]. Наряду с этим и введение висмута в МТР А|ПВУ позволяет эффективно управлять многими параметрами МТР[3,7-17]. Самая высокая подвижность электронов (< 7.7 104см2В'|с'|[18]) и наименьшая ширина запрещенной зоны ЕК(.Т) = 0.24-6-10"4-Т2 /(Г + 500)эВ (0<Т<300К)[ 19]
(£Я(Г) = 0.25-2.8-10“4 • Т эВ {80<Т<300К)[20]) среди бинарных соединений позволяют
значительно повысить пороговую чувствительность и быстродействие фотоприборов на основе изопериодных 1пЕЬ ТР, а также расширить спектральный диапазон
Л » (мкм), т.е. приблизительно 6.1 < Я < 1 Ъмкм с учетом упругих
напряжений[3,12,15].
Технологическим методом получения многих оптоэлектронных приборов на основе МТР AШBV в силу сравнительной простоты, функциональности и дешевизны является жидкофазная эпитаксия (ЖФЭ). Однако, несмотря на широкий фронт работ по совершенствованию традиционный методов жидкофазной эпитаксии и разработку новых методов, до последнего времени крайне затруднительно воспроизводимое выращивание совершенных слоев 1пЕЬВ1/1пЕЬ и 1пА хЯЬ В1/1п8Ь с увеличивающейся шириной
запрещенной зоны к поверхности в широком диапазоне толщин. Это связано с основными особенностями распространенных методов ЖФЭ. К ним относятся, например,
существенная величина концентрационного переохлаждения в варианте метода ЖФЭ с изотермическим смешиванием расплавов, невозможность осуществления равновесной подпитки при неизотермических условиях пересыщения раствора-расплава и другие.
Перспективным, но для висмутсодержащих гетеросистем изученным еще
недостаточно, методом ЖФЭ является градиентная жидкофазная кристаллизация (ГЖК)[3]. Одно из важных преимуществ ГЖК перед другими методами ЖФЭ (помимо изотермичности и квазиравновесности условий на фронте кристаллизации,
жидкой фазой. Теоретический анализ, проведённый в работах [64], показывает, что контакт неравновесных жидкой и твердой фаз при температуре ликвидуса Тл должен приводить к растворению последней. Попадающие при этом в расплав компоненты твёрдой фазы изменяют состояние расплава вблизи границы расплав-кристалл. Если такое изменение приводит к достаточному локальному пересыщению расплава, на подложке кристаллизуется "защитный" (близкий по составу к равновесному с жидкой фазой) слой твёрдого раствора и начального переохлаждения (пересыщения) расплава может практически не потребоваться. В других случаях для увеличения тенденции к кристаллизации "защитного" слоя требуется определённая степень начального переохлаждения расплава (Д То). Очевидно, что степень локального изменения пересыщения определяется трансформацией температуры ликвидуса расплава (вблизи границы контакта) в результате происходящего в начальный момент массообмена. Изменение температуры ликвидуса определяется количеством перешедших в расплав компонентов и их коэффициентами распределения. В работе[84] получено выражение, связывающее относительные количества кристаллизующихся (с/ ) и перешедших в
расплав атомов (Ур) с коэффициентами распределения компонентов (К.) и их содержанием в равновесном расплаве ЧТР (С.) и контактирующей твердой фазе (С "):
Х = ^= ТК.с” /1К£Г (2.1)
Если х -1, образование "защитного" слоя происходит без переохлаждения
расплава, в противном случае (х < 1) Для исключения подрастворения твёрдой фазы требуется начальное переохлаждение (пересыщение) расплава.
С целью оценки устойчивости контактирующих фаз проводился расчёт критерия х применительно к контактам расплавов 1п-8Ъ-В1 и Ы-Ай-БЬ-Ш различных составов с подложками 1пБЬ. Необходимые для расчёта коэффициенты распределения компонентов были оценены из расчётных данных по элементам фазовых диаграмм, взятых из работы [12,17]. Применительно к процессу ЖФЭ результаты расчёта приведены на рис. 2.2 и 2.3 (с целью упрощения рисунков состав жидкой фазы на них задаётся через состав
равновесного, изопериодного с антимонидом индия ТТР). Как видно из данных,
представленных на рис. 2.2 и 2.3, подложка антимонида индия имеет чёткую тенденцию к