Исследование процессов роста и свойств многокомпонентных полупроводников с заданной субструктурой в системах Ga-Sb-Bi, In-Sb-Bi и Ga-In-As-Sb-Bi

• Автор: Подщипков, Дмитрий Геннадиевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Волгодонск
• Количество страниц: 162 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Общая характеристика технологии получения твердых растворов в

поле температурного градиента

1.2. Свойства твердых растворов на основе антимонидов индия и галлия .

1.3. Свойства твердых растворов на основе арсенида индия

1.4. Полупроводниковые сверхрешетки на основе многокомпонентных полупроводников А3В5
1.5. Методы получения эпитаксиальных слоев, обладающих субструктурой, на основе твердых растворов А3В5

1.6. Висмутсодержащие твердые растворы в оптоэлектронике

Постановка задачи исследования
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 2 ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ФАЗОВЫХ
ПРЕВРАЩЕНИЙ В ИССЛЕДУЕМЫХ СИСТЕМАХ
2.1. Базовые параметры и уравнения и фазовых равновесий
2.2. Расчет упругих констант соединений с висмутом
2.3. Смещение фазовых равновесий под воздействием
упругих напряжений на гетерогранице в системах 1пБЬВ1 и ваБЬТИ
2.4. Особенности фазовых равновесий в системе Оа1пА5БЬВ1
ВЫВОДЫ .
ГЛАВА 3 ТЕХНИКА ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ И ОСТРОВКОВЫХ ПЛЕНОК С ЗАДАННОЙ СУБСТРУКТУРОЙ В УСЛОВИЯХ ЖИДКОФАЗНОЙ ЭПИТАКСИИ
3.1. Требования к оборудованию для проведения процессов
кристаллизации и аппаратурное оформление экспериментов по получению многокомпонентных полупроводников с заданной субструкгурой
3.2. Получение многослойных гетероструктур ЫБЬВИпБЬ и ОаБЬВГСаБЬ
в ростовом канале.
3.3. Управление геометрией растущих слоев
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ 1пБЬВпБЬ, ОаБЬВСаБЬ И ОэЫЛзБЬВЫпАб
4.1. Зависимость скорости кристаллизации от различных факторов
4.2. Структурное совершенство исследуемых твердых растворов.
4.3. Кристаллизация островковых пленок
4.4 Дислокационный механизм зарождения осгровковых структур
4.5. Процессы кристаллизации в системе апЛз В
ВЫВОДЫ .
ГЛАВА 5 ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ РАБОТЫ
5.1. Принципы контролируемого технологического воздействия на ростовую среду
5.2. Практические рекомендации по формированию полупроводниковых твердых растворов в системах аЗЬВ, пБЬВ и ОапАзВЬВ
с заданной субструктурой .
5.3. Структурные и электрофизические характеристики твердых растворов
с заданной субструктурой
5.4. Возможности применения гетероструктур на основе исследованных
систем в оптоэлекгронике
ВЫВОДЫ .
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
Список литературы


Методы выращивания монокристаллов полупроводников из растворов в основном различают по способу создания пресыщения кристаллизуемого вещества в растворе: испарением растворителя; созданием перепада температур между источником кристаллизуемого вещества и затравкой; кристаллизацией в электрическом поле; медленным охлаждением насыщенного раствора; зонным плавлением при наличии температурного градиешга, приложенного ко всему образцу. Структурное совершенство и однородность состава кристаллов, выращенных из жидкой фазы, определяется взаимосвязью следующих физических процессов: теплопередачи, гидродинамики расплава, переноса примеси, капиллярных явлений, кинетики роста, упругопластических процессов, а также электромагнитных явлений. Несовершенства процессов и установок обуславливает хаотические локальные колебаш! В частности при выращивании необходимых нам соединений имеются значите. А В . Опыт научной школы физики и технологии полупроводников ЮРГТУ(НПИ)-2] показывает, что эффективным способом достижении требуемого содержании висмута является метод зонной перекристаллизации висмутосодержащими зонами в поле температурного градиента. Метод зонной перекристаллизации с градиентом температур (ЗПГТ) был впервые предложен в г. Пфанном. В соответствии с рисунком 1. Собранные таким образом компоненты располагаются в печи, температурное распределение в которой имеет' вид, изображенный на рисунке 1. Максимальная температура Т,^ системы устанавливается меньше температуры плавления вещества Л, а минимальная температура Тт;п выше температуры плавления жидкого раствора А -В. Растворитель В, находясь в контакта с веществом А, образует жидкую фазу, распространяющуюся горизонтально в обоих направлениях. Растворение вещества А будет происходить до тех пор пока границы зоны не достигнут температур Т| и Тг, соответствующих состоянию системы А - В. Рис 1. В расплавленной зоне устанавливается градиент вещества А и происходит диффузионный перенос его от нагретой к холодной границе зоны. Это, с одной стороны, приводит к образованию пересыщения и процессу кристаллизации у «холодной» границы, а с другой стороны, к образованию ненасыщенного раствора и растворению вещества А у «горячей» границы зоны. В результате расплавленная зона под действием градиента температуры перемещается к более нагретому концу образца. Рассмотрим основные особенности и возможности метода ЗПГТ для получения слоев АВ1. ХСХ на линейных зонах. Во-первых, в методе ЗПГТ необходимое для поддержания роста пересыщение чрезвычайно мало, поэтому рост происходит в условиях, максимально приближенных к равновесным и исключающих опасность возникновения объемной кристаллизации. Во-вторых, рост осуществляется, как правило, из тонкого слоя расплава, заключенного между подложками, иго имеет ряд всеми при-знанных преимуществ, а изотермичность процесса упрощает технологию и устраняет ограничения, связанные с влиянием скорости охлаждения. Как показали исследования этого метода, начавшиеся интенсивно в последние десятилетия, ЗПГТ обладает рядом достоинств: движущая сила процесса позволяет достигнуть достаточно высоких скоростей роста и вместе с тем, хорошо регулируема; возможность осуществления непрерывной твердофазной подпитки без нарушения ква-зиравновесностн процесса вместе с простотой оборудования и технологии позволяют получать как топкие эпптакспальные слои, так н большой толщппы, контролируемые по составу; вследствие отсутствия (пли незначительной величины) концентрационного переохлаждения расплава и незначительного влияния локальных флуктуаций температуры и концентрации ЗПГТ лучше многих других методов приспособлена для выращивания совершенных кристаллов без неоднородностей в распределении примесей. Перемещение прямолинейной зоны через пластину полупроводника дает трехслойную структуру, которая при соответствующем подборе лигатуры зоны и исходного полупроводника содержит два параллельных р-п-перехода. Ширина слоев структуры определяется размером исходного кристалла, зон и расстоянием между зонами, а свойства зависят от состава и температурного режима ЗПГТ [4,8].