Выращивание квазиоднородных слоев AlxGa1-xAs жидкофазной эпитаксией с подпиткой кристаллическим источником

• Автор: Патаридзе, Зураб Гивиевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 163 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Обзор литературы и постановка задачи

исследования.

1.1. Твердые растворы АЮаАБ, свойства, особенности диаграммы состояния

1.2. Жидкофазная эпитаксия в однородном температурном поле

1.3. Зонная перекристаллизация градиентом температуры твердого и порошкообразного источников.
1.4. Жидкофазная эпитаксия со снижением температуры в иоле температурного градиента.

1.5. Гомогенная кристаллизация в объеме жидкой фазы и ее роль

в процессах жидкофазной эпитаксии

1.6. Постановка задачи исследования

Выводы.
Глава 2. Теоретический анализ жидкофазной эпитаксии с
подпиткой кристаллическим источником
2.1. Формирование материалаисточника.
2.2. Модель образования гомогенных зародышей в жидкой фазе
2.3. Расчет пересыщений, возникающих при смешении раствороврасплавов различных составов.
2.4. Жидкофазная эпитаксия с регенерацией растворарасплава .
2.4.1. Сущность способа
2.4.2. Расчет распределения компонентов эпитаксиальных слоев, полученных на горизонтально расположенной подложке
2.4.3. Расчет распределения компонентов эпитаксиальных слоев, полученных на вертикально расположенной подложке
Выводы.
Глава 3. Аппаратурнометодические особенностями оформления процесса жидкофазной эпитаксии с подпиткой кристаллическим источником
3.1. Аппаратура.
3.2. Методика проведения процесса жидкофазной эпитаксии
в поле температурного градиента.
3.3. Методика проведения процесса жидкофазной эпитаксии с регенерацией растворарасплава в однородном температурном поле на горизонтально расположенных подложках.
3.4. Методика проведения процесса жидкофазной эпитаксии с регенерацией растворарасплава в однородном температурном поле на вертикально расположенных подложках.
Выводы
Глава 4. Состав и структурное совершенство слоев,
полученных методом жидкофазной эпитаксии с подпиткой кристаллическим источником
4.1. Распределение компонентов в твердых растворах А1хОахАз, полученных методом зонной перекристаллизации градиентом температуры кристаллического источника
4.2. Распределение компонентов в твердых растворах Л1хСа.хАз, полученных методом жидкофазной эпитаксии с регенераци ей растворарасплава на горизонтально расположенных подложках
4.3. Распределение компонентов в твердых растворах АСаАэ, полученных методом жидкофазной эпитаксии с регенера цией растворарасплава на вертикально расположенных подложках
Выводы.
Глава 5. Прикладные возможности метода жидкофазной
эпитаксии с регенерацией растворарасплава
5.1. Сверхяркие светодиоды красного цвета свечения.
5.1.1. Особенности формирования светоизлучающих многопроходных гетероструктур
5.1.2. Конструкция и принципы работы кассеты для изготовления многопроходных гетероструктур в едином технологическом цикле
5.1.3. Электрооптические характеристики многопроходных гетероструктур и светодиодов, полученных методом ЖЭ
с регенерацией растворарасплава.
5.2. Перспективы использования метода ЖЭ с регенацией растворарасплава для формирования гетероструктур АШВУ с прецизионным управлением компонентами
5.2.1. Инфракрасные лазеры с электронной накачкой на основе твердых растворов ТпАбБЬ.
5.2.2. Двойная гетероструктура светоизлучающего диода на базе пятикомпонентного твердого раствора Ixi.xi.
Выводы.
Заключение.
Примечания.
Литература


В точке X 0, происходит переход от прямозонного к непрямозонному полупроводнику и изменение оптических и электрофизических характеристик материала. На рисунке 1. А1хСа1хА8 при ТЗООК. Рисунок 1. Зависимость ширины запрещенной зоны от состава в системе АхОа. Для прямых переходов АЕ 1,4 1,4 0, 1, т. АЕ меняется от 1,4 до 2, 5 эв. Для непрямых переходов АЕ 1, 0, 0, 1, т. АЕ меняется от 2, до 2, эв 9. Таким образом, прямые оптические переходы соответствуют инфракрасной 0, 0,7 мкм и красной 0,, области спектра . Постоянные решетки ваАБ и А1Аб хорошо согласуются, что предопределяет использование ваАБ в качестве подложки при синтезе твердого раствора и позволяет создавать на их основе структуры, которые, несмотря на различие составов, обладают высоким кристаллическим совершенством. Наибольший практический интерес представляет область составов 0Х 0,8твердый раствор А1хОахАБ с Л0,8 химически нестабилен на воздухе и подвержен деградации. Практически все приборные структуры на основе твердых растворов в этой системе получены в указанном диапазоне составов. В частности, высоковольтные диоды, фотоириемники, дрейфовые транзисторы, светоизлучающие диоды инфракрасного и красного диапазонов свечения, инжекционные лазеры и другие . Для выращивания ЭС твердых растворов А1хСахАБ и приборных структур на их основе наиболее широко используются методы кристаллизации из жидкой фазы. Для выбора условий выращивания полупроводниковых соединений А1хОа1хАБ из жидкой фазы, необходимо руководствоваться равновесной фазовой диаграммой состояния, которая к настоящему времени хорошо изучена . На рис. А1СаАБ. А1хСа1ХАБ могут быть получены в диапазоне температур 0 С при содержании алюминия в жидкой фазе от 0 до 3 ат . Основной особенностью фазового равновесия в системе А1СаАБ является большая величина коэффициента распределения А1 и его существенная зависимость от температуры и концентрации в жидкой фазе. Эта зависимость отображена на рисунке 1. Рисунок 1. Из рис. ААб от границы подложкаслой к поверхности слоя. Для ряда приборов высоковольтные диоды, фотоэлементы, дрейфовые транзисторы такое распределение является оптимальным. Рисунок 1. Теоретическая зависимость коэффициента распределения I от его концентрации в жидкой фазе. Однако, для других эффективных оптоэлектронных приборов, например, красных и инфракрасных светодиодов, необходимы однородные по составу ЭС. В частности, в двойных гетероструктурах внутренний квантовый выход приближается к

0 за счет эффекта многопроходности . Рисунок 1. В такой структуре удалена поглощающая свет подложка, и излучение выводится через широкозонные эмиттеры. Таким образом, характерный элемент конструкции многопроходных двойных гетероструктур МДГС толстая пассивная область не менее 0 мкм для обеспечения механической прочности кристалла после удаления подложки широкозонного состава соответствующего типа проводимости 0,5 X 0,7 прозрачного для выводимого излучения к 0, мкм и химически стабильного. Именно эта часть конструкции а вернее материал с требуемыми параметрами представляет определенные технологические трудности при его получении. В следующих разделах этой главы проведем критический обзор существующих способов изготовления структур с такими параметрами. Сущность метода ЖЭ состоит в кристаллизации материала на подложку из пересыщенного растворарасплава. Создание пересыщения путем понижения температуры насыщенного растворарасплава лежит в основе наиболее широко распространенного способа ЖЭ, предложенного Нельсоном . Если насыщенный А1 и Аб расплав Оа охлаждается, то вследствие уменьшения растворимости Ая и А1 с понижением температуры, Ая и А1 выделяются в форме твердого раствора АОахАэ. На подложке СаАэ кристаллизация может происходить при переохлаждении менее, чем 0,1 К ,. Распределение компонентов по толщине и сама толщина кристаллизуемых ЭС, являются сложной функцией ряда факторов, относящихся как к особенностям физикохимического взаимодействия в системе, так и к кинетическим и технологическим условиям процесса. В условиях процесса, близких к равновесным, концентрационный профиль ЭС, рассчитывается на основе уравнений, связывающих составы равновесных фаз.