Новые полупроводниковые материалы на основе соединений A3B5 для оптоэлектронных устройств на длины волн 3 - 5 мкм

• Автор: Гагис, Галина Сергеевна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 156 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Технологии источников излучения спектрального диапазона

2-5 мкм (обзор)

§ 1.1 Области применения устройств инфракрасной

оптоэлектроники

Коммуникации

Детекция веществ

Преобразование энергии

§ 1.2. Материалы для изготовления устройств спектрального

диапазона 3-5 мкм

§1.3. Способы получения твёрдых растворов А3 В
Молекулярно-лучевая эпитаксия
Жидкофазная эпитаксия
Газофазная эпитаксия из металлорганических соединений (ГФЭ

§ 1.4. Гетероструктуры для среднего инфракрасного диапазона
Лазерные гетероструктуры
Светодиоды
Фотодиоды
Термофотоэлектрические (ТФЭ) преобразователи
Выводы
Глава 2. Модели описания и расчёта свойств полупроводниковых
материалов
§ 2.1. Расчёт физических свойств полупроводниковых материалов
Ширина запрещённой зоны
Показатель преломления
Расчёт положения краёв зон
§ 2.2 Расчёт зависимостей свойств твёрдых растворов от состава
Модель образования многокомпонентных твёрдых растворов
Интерполяционные формулы
§ 2.3. Выбор материалов для приборов спектрального диапазона

Выводы

Глава 3. Получения и исследования слоев твёрдых растворов А ^ спектрального диапазона 2.5 - 4
§ 3.1. Методика исследования полученных эпитаксиальных слоев ^
Определение НПР эпитаксиальных слоев
Измерение состава эпитаксиальных слоев
Исследование фотолюминесценции полученных слоев
Измерение толщины полученных эпитаксиальных, слоев
§ 3.2. Получение полупроводниковых твёрдых растворов А ®
методом ЖФЭ
Методика расчёта гетерогенных фазовых равновесий в сЯСТеЛ1аХ ^
твердых растворов
Приготовление шихты
Измерение температуры ликвидуса и критического переохладаДе111*Я

системы по методу прямого визуального наблюдений

Установка для эпитаксиального роста
Особенности ЖФЭ материалов Са1пАя8Ь, ГлАвРБЬ и СаФАяРвЬ
§ 3.3. Газофазная эпитаксия из мвталлорганических соединений ^

Установка для эпитаксиального роста
ГФЭ МОС твёрдых растворов А3В5 на установке А1Х200
Общие особенности процесса ГФЭ МОС
ГФЭ МОС твёрдых растворов ГпАяЭЬ

ГФЭ МОС твёрдых растворов СаГпАяЭЬ
ГФЭ МОС твёрдых растворов АПпАявЬ
ГФЭ МОС твёрдых растворов 1пАяР8Ь ^ ^
§ 3.4. Приготовление подложек ' ~ ^
Выводы

Глава 4. Люминесцентные характеристики твёрдых растворов А Е> »
излучающих в диапазоне 3-4 мкм ——‘ ^
§4.1. Твёрдые растворы Эа/пАвРЭЬ, изопериодичные с ЭаЭЬ.........................-у .
§ 4.2. Температурные зависимости ФЛузкозонных материалов -у -
Выводы
Заключение
Список использованной литературы

Введение
Актуальность темы:
Оптоэлектронные устройства для диапазона длин волн 1.6 — 5 мкм необходимы в таких областях науки и техники, как коммуникации и газовый анализ. В этот диапазон попадают линии поглощения многих токсичных и промышленных газов, окна прозрачности атмосферы и оптических волокон нового поколения на основе флюоридных стёкол. Перспективными материалами для изготовления таких устройств видятся полупроводниковые твёрдые растворы (ТР) А3В5, содержащие сурьму и изопериодичные с подложками ваБЬ и 1пАз. В настоящее время достаточно успешно изготавливаются оптоэлектронные приборы для спектрального диапазона 1.7 — 3.2 мкм. Диапазон 3.2 — 5 мкм остаётся проблемным. Это связано с физическими свойствами узкозонных материалов, в которых, во-первых, существенно возрастает роль безызлучательных процессов, во-вторых, к ним труднее подбирать барьерные слои, создающие достаточное ограничение для носителей заряда.
В настоящее время в качестве узкозонных активных областей устройств спектрального диапазона 3 — 5 мкм используются квантовые ямы Са1пАзБЬ,
изопериодичные с ОаБЬ; сверхрсшётки чередующихся тонких напряжённых слоев бинарных соединений А1БЬ, 1пАя и тройных твёрдых растворов 1пОа8Ь, йгАвБЬ; бинарное соединение 1пАб; и 1пАбБЬ. Использование в качестве активных областей других типов материалов, таких как Оа1пЛзРБЬ, в настоящее время не рассматривалось.
Основная цель диссертационной работы заключалась в поиске, получении и исследовании новых типов материалов А3В5 на основе пятерных твёрдых растворов ОаТпАзРБЬ, подходящих для изготовления оптоэлектронных устройств спектрального диапазона 3-5 мкм.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
• Расчёт зависимостей состав-свойство для пятерных твёрдых растворов (ПТР) ОаГпАяРБЬ и АЮа1пАзБЬ;
• Получение и исследование ПТР Оа1пАзРБЬ, изопериодичных с подложками 1пАб и ОаБЬ;
• Исследование условий получения методом газофазной эпитаксии из металлорганических соединений (ГФЭМОС) ТР для активных областей и ТР АНпАбБЬ для ограничивающих слоёв источников излучения спектрального диапазона 3-5 мкм;

АІо 9оСаАв
380 теУ
430 теУ
Оа0«ІпАз0318Ь
90 теУ '
260 теУ ^ у»

426 теУ
218 теУ

20 теУ 244 теУ
®а0Л5*П0 45^016^0 .
і і {
• Єа,, 5АІ0 5Аз0 МЗЬ0 9в'

26.9 теУ

в.-ьи,
394.6 теУ (3.14цт)
4.3 теУ ;

243 теУ
301 теУ
363.4 теУ
199 теУ
—І ї 38.3 теУ

Рис. 1.4.7. Схематическое изображение лазерных структур спектрального диапазона 3 - 3.26 мкм, работающих при комнатной температуре и дающие мощность 3 -10 мВт [30] (а), [65] (б) и [66] (в). Структуры изготовлены методом МЛЭ.