Гетероструктуры на основе четверных и пятерных твердых растворов AIIIBV : Термодинамика, получение, свойства и применение

• Автор: Ратушный, Виктор Иванович
• Шифр специальности: 01.04.07, 05.27.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Ставрополь
• Количество страниц: 418 с. : ил.

Содержание
1. Четверные и пятерные твердые растворы соединений АШВУ материалы для полупроводниковой оптоэлектроники ИК

области спектра

1.1. Закономерности изменения основных электрических свойств в зависимости от состава для четверных и пятерных твердых
растворов

1.2. Четверные и пятерные гетеросистемы, полученные на бинарных

подложках ваАв, 1пР, 1пАз, ва8Ь

1.2.1. Гетеросистемы АЮаРАэ ваАз, АЮаТпРАэ ваАз

1.2.2. Гетеросистемы СаМРАэ 1пР, Оа1пРАз8Ь 1пР

1.2.3. Гетеросистемы РАбБЬ 1пАз, ОапРАз8Ь ОпАэ

1.2.4. Гетеросистемы Оа1пАз8Ь ва8Ь, Са1пРАз8Ь Оа8Ь

1.3. Основные термодинамические модели растворов. Ограничения
на получение твердых растворов
1.4. Постановка задачи исследования
Выводы
2. Термодинамика пяти компонентных изоморфных твердых
растворов А,ПВУ
2.1. Гетерогенные равновесия в пятикомпонентных твердых
растворах
2.2. Расчет областей несмешиваемости в пятикомпонентных
твердых растворах
2.3. Когерентная диаграмма состояния пятикомпонентных систем
2.4. Влияние кристаллографической ориентации подложки на состав
твердых растворов при жидкофазной эпитаксии
2.5. Эффект стабилизации периода решетки в пяти компонентных
системах
2.6. Ограничение по плавкости в пятикомпонентных системах
3. Кинетическая модель роста пятикомпонентных твердых
растворов.
3.1. Кинетическая модель роста пятикомпонентных твердых
растворов из полу бесконечной жидкой фазы.
3.2. Модель полного перемешивания жидкой фазы.
3.3. Кинетические особенности жидкофазной эпитаксии пятерных твердых растворов.
4. Аппаратурное оформление, способы получения и методики исследования эпитаксиальных слоев многокомпонентных твердых растворов соединений АШВУ и гетерокомпозиций на их основе.
4.1. Аппаратурное оформление процессов эпитаксии из жидкой фазы многокомпонентных твердых растворов, контроль температурновременного режима эпитаксии.
4.1.1. Устройства для жидкофазной эпитаксии.
4.1.2. Аппаратурное и методическое оформление процесса ЗПГТ.
4.2. Подготовка исходных материалов и расплава к процессу эпитаксии.
4.3. Определение температуры ликвидуса и величины критического переохлаждения жидкой фазы с помощью визуальнотермического анализа.
4.4. Методы получения эпитаксиальных структур многокомпонентных твердых растворов.
4.4.1. Жидкофазная эпитаксия многокомпонентных твердых растворов
4.4.2. Зонная перекристаллизация градиентом температуры в многокомпонентных твердых растворах.
4.4.3. . Новый метод получения многокомпонентных твердых растворов, совмещающий в себе жидкофазную эпитаксию и
зонную перекристаллизацию градиентом температуры
4.5. Методы анализа кристаллического совершенства
многокомпонентных твердых растворов
Выводы
5. Получение и свойства эпитаксиальных слоев соединений АШВУ
5.1. Твердые растворы на основе 1пР
5.1.1. Твердые растворы Оа1пАв, Оа1пРА и эпитаксиальные слои 1пР на основе монокристаллической подложки 1пР, полученные
методом зонной перекристаллизации градиентом температуры
5.1.2. Твердые растворы Оа1пРА8, Оа1пРАЬ на монокристаллических и пористых подложки 1пР, полученные
методом жидкофазной эпитаксии
5.2. Твердые растворы АЮаАв, АЮэРАб, АЮаГпРАз на основе ОяАб
5.3. Твердые растворы 1пРАз8Ь, Са1пРАз8Ь на основе 1пАз
5.4. Твердые растворы ваГпРАзЗЬ на основе ваБЬ
5.5 Получение гетероструктур СаАБве методом быстрого
охлаждения растворарасплава
Выводы
6. Применение многокомпонентных твердых растворов
соединений АШВУ для приборов ИКдиапазона спектра
6.1. Фотоприемники на длину волны 1, мкм на основе
гетероструктуры Оа1пРА81пР
6.2. Термофотоэлектрические преобразователи на основе
гетероструктур 1пРАз8Ь1пА8, Са1пРАЬ1пА8
6.3. Термофотоэлектрические преобразователи на основе
гетероструктуры ваАяОе
6.4. СВЧдиоды Шоттки на основе структуры 1пР1пР нанопористая
подложка
I Выводы
Заключение
Основные результаты и выводы
Литература


Линии составов красный цвет с КТР, равным КТР 1пАз. На рисунке 1. ПТР, имеющих КТР равный 5,3 ЮК1, что соответствует КТР 1пАб. Также для составов, лежащих на этой линии, одновременно выполняется условия изопериодического замещения. Это позволяет получать качественные гетероструктуры, в которых отсутствует напряжения как при температуре эпитаксиального роста, так и при комнатной температуре, что исключает образование дислокаций несоответствия, ухудшающих рабочие характеристики приборов. Таким образом, из проведенного анализа можно сделать вывод о перспективности гетеросистемы Оах1п,. РуА8Ь1. А8 в области малого содержания галлия в твердом растворе т. КТР на гетерогранице выполняется условие изопериодноизоэкспандного замещения. Данная область ограничена пределами составов, где с увеличением концентрации Са необходимо уменьшать концентрацию А для выполнения условий изопериода раствора и подложки, также с увеличением концентрации ва уменьшается концентрация Р вдоль линии изопериода. Из рисунка видно, что область составов, при которых КТР твердых растворов xIi. Аз совпадают, имеет достаточно широкий диапазон. Если дополнительно принять во внимание, что данная область сужается за счет ограничения по спинодальному распаду, то окончательно можно сделать следующий вывод выполнение условия изопериодноизоэкспандного замещения в случае гетероструктуры xIi. I возможно для следующих составов твердой фазы х0,, у0,. Следует отметить, что при практической реализации технологии получения гетероструктур условия согласования периодов решетки ПТР и подложки могут выполняться с определенной погрешностью. Таблица 1. Энергетические зазоры ПТР при температуре 0 К ,. Система Подложка Диапазон изменения энергетических зазоров, эВ. Примеры расчетов для систем Са1пРАз8Ь1пА5, 1пР, СаАэ, ваБЬ АЮа1пАз8Ь1пА8, 1пР, ва8Ь АЮа1пР8Ь1пА8, 1пР, ваАз, ОаЯЬ АЮаГпРАэЛпР, ваАв с использованием приведенных выше уравнений представлены в таблице 1. Поверхности изопериодных сечений определены для Т3 К, что отвечает диапазону типичных режимов жидкофазной эпитаксии этих материалов. ПТР соответствует суммарному диапазону их изменения во всех входящих в данный ПТР четверных системах. Если данные таблицы 1. А0,1 изобразить в зависимости изучаемой длины волны от количественного четырех, пятикомпонентные твердые растворы и качественного выбор элементов из А1, ва, п III группы и Аэ, Р, 8Ь V группы состава твердого раствора рисунок 1. Суммарный диапазон изменения длин волн, излучаемых четырехкомпонентными твердыми растворами и соответствующий диапазон длин волн, перекрываемых пятикомпонентными растворами отличается в длинноволновой части спектра, т. Смещение дискретных интервалов ДХ для пятикомпонентных соединений относительно четырехкомпонентных на идентичных подложках увеличивает возможность получения гетероструктур, обеспечивающих среднюю часть ИКдиапазона. Так, если структура для длины волны 1, мкм отвечает потребности в имитаторах излучения мощных лазеров, получения быстродействующих фотоприемников может быть получена гипотетически на 5 четверных системах, то на пятикомпонентных гетероструктурах для этого можно рассматривать 9 систем i. I, А1уСахП. А8г8Ь. Да8Ь, АуСахП. АБЬ. Аз, А1уОахП. РЬ2. Р, А1хСауПхуР2ЗЬ. А1хОауп. РхАэ. Р, А1ДпРх8ЬуА5. А5, пР, i. Сах1п,. РуА8Ь1. А8, б А1хСау1п1. А8Ь1. Ь, в А1хОау1п. Р2А8. А8, г АЦОауЫьх. РгБЬьзЛпР. Рисунок 1. Положение спинодальных изотерм Т3 2, 3 3 и 3 К 4 изоэнергетических линий прямозоной 1, непрямозонной 8 областей и их границы 7 в сечениях. I, ,,. I.. I, . I I, . I, . I. . I.. II III
0. I, ,. ЛпР . I I. I . I . ЛпР I ,,. I. . I. . I
Рисунок 1. А1,. А1,ва,. Оа. А1. О.РА. Оа,Р. Ъ,Ав. А1,Оа,Аа. АОа. А1. Р,ЗЬ,. ОаР. ЗЬ. Апв. А1пР. Ь,Аа. Са. А,,8Ь. А,. Са,1п. Са. А1,,1п,Р. А1. Р.бЬ. Оа. Оа,1пР. Спектральные диапазоны длин волн, перекрываемые электронными устройствами, которые могут быть изготовлены из гетероструктур на основе четырех, пятикомпонентных твердых растворов, сформированных на подложках СэАб а, Са8Ь б, 1пА5 в, 1пР г.