Молекулярно-пучковая эпитаксия гибридных гетероструктур A2B6/InAs для лазеров среднего ИК-диапазона

• Автор: Кайгородов, Валентин Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 132 с. : ил.

ГЛАВА 1. ЛАЗЕРНЫЕ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ СРЕДНЕГО ИК-ДИАПАЗОНА, ГЕТЕРОВАЛЕНТНЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ (ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ И КОНСТРУИРОВАНИЯ)

§1Л. Краткая характеристика узкозонных соединений А3В5 с

параметром кристаллической решетки близким к InAs

§1.2. Лазерные гетероструктуры среднего ИК-диапазона на

основе антимонидов металлов ГЛ-группы

§1.3. Гетероэпитаксия соединений А2В6 на подложках А3В5 и особенности формирования гетеровалентных шггерфейсов
ГЛАВА 2. АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОПУЧКОВОЙ ЭПИТАКСИИ И МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ГЕТЕРОСТРУКТУР

§2.1. Основные принципы и аппаратное обеспечение

молекулярно-пучковой эпитаксии

§2.2. Методы in situ и ex situ диагностики

ГЛАВА 3. СВОЙСТВА InAs/CdSe/M&Cd^e ГЕТЕРОСТРУКТУР, ВЫРАЩЕННЫХ МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНО-ПУЧКОВОЙ ЭПИТАКСИИ §3.1. Свойства твердого раствора MgrCdi^Se кубической
модификации
§3.2. Молекулярно-пучковая эпитаксия твердого раствора
MgrCdi-jSe на подложках InAs (001)
§3.3. Выращивание слоев Mg^Cdi^Se методом эпитаксии с
повышенной миграцией атомов на поверхности
§3.4. Оптические, структурные и электрические свойства слабонапряженных гетероструктур CdSe/ MgICd1_xSe

ГЛАВА 4. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И СВОЙСТВА ГЕТЕРОВАЛЕНТНОГО ИНТЕРФЕЙСА 1пА8/А2В6
§4.1. Формирование гетеровалентного интерфейса 1пАз/А2В6 .. 74 §4.2. Гибридные гетероструктуры с гетеровалентным 1пАз/А2В6
интерфейсом
« §4.3. Электронные свойства гетеровалентного интерфейса
1пАз/А2В6
ГЛАВА 5. ГИБРИДНЫЕ АЬСа^Аз^Ь^пАз/М&Сб^Бе ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ ДЛЯ ЛАЗЕРОВ СРЕДНЕГО ИК ДИАПАЗОНА
§5.1. Концепция лазерной гетероструктуры с асимметричными
барьерами
§5.2 Структурные и оптические свойства гибридных лазерных АиОа^Аз^БЬь/ШАз/М&СсЩ^Зе гетероструктур, выращенных
* методом двухстадийной молекулярно-пучковой эпитаксии
§5.3. Исследование свойств спонтанного и лазерного излучения гибридных гетероструктур АЕОаьхАз^БЬ^^ЛпАз/М^СбкхБе
лазерных диодов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЦИТИРУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ
Современное развитие науки и техники требует разработки дешевых и надежных источников когерентного излучения в широком диапазоне длин волн, начиная от ультрафиолетового и заканчивая инфракрасным (ИК). Важное место занимает средний ИК диапазон (2.5—5 мкм), в котором лежат интенсивные линии молекулярного поглощения и важные атмосферные окна прозрачности. Перестраиваемые одномодовые лазеры данного спектрального диапазона идеально подходят для высокочувствительного контроля остаточных газов, а, соответственно, для контроля промышленного производства и мониторинга загрязняющих и токсичных газов [1]. К другим их применениям относятся эффективные источники РЖ излучения для волоконных линий связи на основе флюоридных стекол, а также высокомощные лазеры для лазерных радаров и целеуказателей.
Полупроводниковые лазерные диоды вследствие их компактности, высокой эффективности, надежности и дешевизны наиболее привлекательны по сравнению с распространенными твердотельными и газовыми лазерами. Первые полупроводниковые лазерные диоды среднего ИК диапазона были реализованы на основе халькогенидов свинца [2]. Сейчас они активно используются в высокоразрешающей спектроскопии благодаря возможности перекрытия с их помощью широкого диапазона длин волн от 3 до 30 мкм. Однако малые выходные мощности таких лазеров из-за малой теплопроводности халькогенидов свинца, а также недостаточная надежность не позволили найти им более широкого применения.
Большой интерес представляют соединения А3В5 с параметром кристаллической решетки близким к а = 6.1 А, поскольку электронные и оптические свойства гетероструктур на их основе могут варьироваться в широком диапазоне. Уже в начале 1960-х годов появились первые публикации,
Модель Пипла-Бина наоборот дает сильно завышенное значение критической толщины. В табл. 3.2 приведены значения для критических толщин некоторых бинарных соединений и тройных твердых растворов М^Сс^-хБе, рассчитанных по обеим моделям.
В ходе экспериментов было установлено, что при МПЭ слоев М^Сб^Бе с большим содержанием магния (х > 0.3), релаксация напряжений, которая происходит вследствие превышения толщиной слоя критического значения, приводит не только к образованию дислокаций несоответствия, но также может инициировать процесс трансформации типа кристаллической решетки от кубической к гексагональной. Этот переход регистрировался по картинам ДБЭ, когда полосчатые рефлексы в ортогональных направлениях трансформировались в сложную ромбовидную картину.
Таблица 3.2. Оценка критических толщин некоторых бинарных соединений и
тройных твердых растворов МдСбБеЛпАв при комнатной температуре (300 К)
Соединение Критическая толщина
Мэттьюз-Блэксли, нм Пипл-Бин, мкм
ZnTe 16.75 0
СбБе 44.72 2
Cdo.95Mgo.05Se 101.9
Cdo.93Mgo.07Se 1848 30
Cdo.85Mgo.15Se 101.5 9
Cdo.8oMgo.2oSe 44.39 2
Cdo75Mgo25Se 27.03 0
Cdo.70Mgo.30Se 18.89 0