Создание и исследование источников спонтанного излучения на основе узкозонных гетероструктур InAsSb/InAsSbP, выращенных методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений

• Автор: Кижаев, Сергей Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 260 с. : ил.

страница

ГЛАВА I. ИСТОЧНИКИ СПОНТАННОГО И КОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНОГО

ДИАПАЗОНА 3*5 мкм (ОБЗОР)

Предварительные замечанния

§1.1. Области применения источников излучения с длиной волны

в диапазоне 3*5 мкм

§ 1.2. Полупроводниковые материалы для изготовления излучателей

§ 1.3. Светодиоды

§1.4. Лазеры

Общие замечания о лазерах для спектрального диапазона 3*5 мкм

1.4.1. Лазеры на основе соединений А4В6

1.4.2. Лазеры на основе соединений А2Вб
1.4.3. Лазеры на основе соединений А3В5
1.4.4. Лазеры на основе соединений А3В6/А2В6, А3В5/А4В6
§ 1.5. Методики получения полупроводниковых структур А3В5
(обзор технологии роста кристаллов)
1.5.1. Жидкофазная эпитаксия
1.5.2.Хлоридно-гидридная эпитаксия
1.5.3. Молекулярно-лучевая эпитаксия
1.5.4. Газофазная эпитаксия из металлоорганических соединений
1.5.5. Газофазная эпитаксия из металлоорганических
соединений применительно к системе Іп-Ав-ЗЬ-Р
Выводы
Постановка задачи

ГЛАВАII. ВЫРАЩИВАНИЕ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ НА ОСНОВЕ АРСЕНИДА ИНДИЯ МЕТОДОМ ГАЗОФАЗНОЙ
ЭПИТАКСИИ ИЗ МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Предварительные замечания
§ 2.1. Технологическое оборудование и материалы для выращивания структур методом газофазной эпитаксии из металлоорганических
соединений
§ 2.2. Выращивание слоев арсенида индия
2.2.1. Выращивание слоев арсенида индия
в реакторе планетарного типа
2.2.1. Выращивание слоев арсенида индия в
изготовленном реакторе горизонтального типа
§ 2.3. Выращивание слоев ЫАвЗЬ
§ 2.4. Выращивание слоев 1пАв8ЬР
§ 2.5. Исследование резкости гетерограниц в многослойных структурах
Выводы
ГЛАВА III. ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ И ГАЛЬВАНОМАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ НА ОСНОВЕ
АРСЕНИДА ИНДИЯ
Предварительные замечания
§3.1. Фотолюминесцентные и гальваномагнитные свойства
преднамеренно нелегированных структур
3.1.1. Исследование преднамеренно нелегированных
слоев арсенида индия
3.1.2. Фотолюминесцентные свойства преднамеренно
нелегированных слоев 1пАз8Ь
3.1.3. Фотолюминесцентные и гальваномагнитные свойства
преднамеренно нелегированных слоев ГпАвЗЬР
§ 3.2. Фотолюминесцентные и гальваномагнитные свойства
структур, легированных цинком и магнием

Актуальность темы.
В настоящей диссертации изложены результаты разработки технологии получения методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений (МОГФЭ) гетероструктур ХпАзБМпАзЗЬР, методы создания светодиодов на их основе и исследования фотолюминесцентных, электрических свойств выращенных структур, а также электролюминесцентные характеристики светодиодов.
Одно из возможных применений содержащих сурьму узкозонных твердых растворов и гетероструктур на их основе - источники спонтанного и когерентного излучения для диапазона длин волн 3 + 5 мкм. Освоение этой области инфракрасного спектра исключительно важно для решения задач экологического мониторинга и медицинской диагностики. В настоящее время для создания источников спонтанного и когерентного излучения в средней инфракрасной области спектра используются как соединения типа А3В5, так и соединения на основе солей свинца (А4В6), и узкозонных твердых растворов ЩСсГГе (А2В6). Однако, соединения А2В6 и А4В6 обладают низкой теплопроводностью, что делает крайне трудным изготовление светодиодов и лазеров с высокими значениями оптической мощности излучения. Кроме того, по сравнению с соединениями А3В5, материалы А2В6 и А4В6 обладают низкой механической прочностью. Вдобавок, в настоящее время для полупроводников А3В5 существуют подложки высокого качества. По указанным причинам соединения типа А3В5 предпочтительны для производства инфракрасных излучателей.
Для создания светодиодных структур, излучающих в диапазоне длин волн 3+5 мкм, главным образом, используются гетероструктуры ЬтАзЗЬЯпАвБЬР [1-3]. Существование обширной области спинодального распада твердых растворов 1пАб8ЬР и ограничение по условию молекулярности для состава жидкой фазы в системе кьАь-БЬ-Р [4] затрудняет достижение эффективного ограничения для носителей заряда в активной области

лазерах с длиной волны X = 4.0 мкм величина плотности порогового тока -Jth = 100 А/см2, и их максимальная рабочая температура была 120 К. Однополосковый лазер с X = 4.46 мкм при 80 К обладал мощностью 105 мВт, и Jft = 285 А/см2. Лазерный диод из восьми полосков имел мощность 460 мВт. У однополосковых лазеров с X = 4.76 мкм значение плотности порогового тока - 460 А/см2, а максимальная мощность была 53 мВт. Диод из десяти полосков имел мощность 230 мВт.
В области создания лазеров на основе двойных гетероструктур и квантово-размерных структур, использующих системы InAsSb/InAs(PSb) и InAsSb/(In)ALAsSb, достигнуты значительные успехи. Получены низкие значения плотности порогового тока (~ 40 А/см2) [110,128] и высокие значения мощности излучения в непрерывном режиме - 175 мВт/грань [116] и 215 мВт/грань [117], но лазеры имеют низкую характеристическую температуру (обычно То = 30 К) и максимальная рабочая температура Тмакс < 225 К в импульсном режиме [128,129] и 175 К в непрерывном режиме [128].
Основные физические явления, препятствующие изготовлению лазеров работающих при комнатной температуре: недостаточное
ограничение носителей заряда внутри квантовых ям и безызлучательные Оже-процессы. С целью снизить влияние этих факторов исследуются новые типы лазерных структур: квантово-каскадные лазеры работа которых основана на переходах между подзонами в квантовых ямах I типа [130]; лазеры "W" с гетеропереходами П типа [131], которые получили такое название из-за "W" профиля зоны проводимости в активной части структуры, где одна "дырочная" квантовая яма расположена между двумя "электронными"; межзонные каскадные лазеры, где разъединенный гетеропереход П типа в квантовых ямах используется для впрыскивания электронов в активную область [132].
Квантово-каскадные на основе напряженной системы InGaAs/InAlAs/InP могут работать в импульсном режиме до 307 К с