Разработка процесса МОС-гидридной эпитаксии квантоворазмерных гетероструктур на основе полупроводников AIIIBV для приборов оптоэлектроники и ИК-техники

• Автор: Мармалюк, Александр Анатольевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 431 с. : ил.

Содержание
Введение

1. Гетероструктуры на основе полупроводников АШВУ для приборных применений.

1.1. Основные свойства соединений АШВУ и их твердых растворов

1.2. Гетероструктуры для лазерных диодов.

1.3. Гетероструктуры для суперлюминесцентных диодов

1.4. Гетероструктуры для фотоприемников с квантовыми ямами.

1.5. Гетероструктуры для полупроводниковых фотокатодов.

2. Методика и техника эксперимента.

2.1 Оборудование МОСгидридной эпитаксии.

2.2 Измерительная и аналитическая техника.

3. Разработка технологии получения гетероструктур для лазерных диодов
3.1 Гетероструктуры в системе АЮаАзЛЗаАз Хнм
3.1.1 Получение эпитаксиальных слоев ваАБ.
3.1.1.1 Общие закономерности эпитаксиального роста
3.1.1.2 Легирование ОаАэ
3.1.1.3 Дельталегирование
3.1.2 Получение эпитаксиальных слоев АЮаАБ
3.1.3 Проблема получения резких гетеропереходов и квантовых ям
3.1.4 Получение приборных гетероструктур
3.1.4.1 Оптимизация легирования гетероструктур для лазерных диодов
3.1.4.2 Лазерные диоды спектрального диапазона нм.
3.1.4.3 Лазерные диоды спектрального диапазона нм.
3.1.4.4 Линейки лазерных диодов спектрального диапазона нм
3.2 Гетероструктуры в системе ТпСаАБАЮаАБ Х. ЮОнм
3.2.1 Проблема получения напряженных квантовых ям.
3.2.1.1 Критическая толщина и особенности дефектообразования
3.2.1.2 Оптимизация условий получения напряженных квантовых ям.
3.2.2 Сегрегация атомов индия и формирование резких гетерограниц
3.2.2.1 Особенности распределения 1п в квантоворазмерных ГС
3.2.2.2 Разработка практических подходов к повышению резкости гетерограниц квантовых ям.
3.2.2.3 Модель сегрегации в квазижидком приближении
3.2.3 Получение приборных гетероструктур
3.2.3.1 Влияние сегрегации 1п на получение одномодовых лазерных диодов на основе гетероструктур 1пСаА8А1СаАБ.
3.2.3.2 Получение лазерных диодов с малой расходимостью
3.2.3.3 Лазерные диоды спектрального диапазона нм
3.2.3.4 Лазерные диоды спектрального диапазона 0 нм.
3.2.3.5 Лазерные диоды спектрального диапазона нм
3.3 Гетероструктуры в системе Са1пАБР1пР Анм.
3.3.1 Получение эпитаксиальных слоев 1пР
3.3.2 Получение эпитаксиальных слоев ЫлаАз
3.3.3 Получение эпитаксиальных слоев Са1пАБР
3.3.4 Получение гетероструктур Оа1пАБРСа1пАБР с квантовыми ямами .
3.3.5 Получение приборных гетероструктур
3.3.5.1 Лазерные диоды спектрального диапазона нм
3.3.5.2 Лазерные диоды спектрального диапазона нм
3.4 Гетероструктуры в системе АЮа1пАБ1пР Анм.
3.4.1 Получение эпитаксиальных слоев АЮа1пАБ
3.4.2 Оптимизация получения гетероструктур А1Оа1пА8АЮа1пАБ с квантовыми ямами
3.4.3 Получение приборных гетероструктур
4. Гетероструктуры для суперлюминесцентных диодов.
4.1 Гетероструктуры АЮаАБСаАБ Анм
4.2 Гетероструктуры ЫСаАяАЮаАБ А0нм
4.3 Гетероструктуры Са1пАР1пР и АЮа1пАБ1пР АН 0нм.
5. Разработка технологии получения гетероструктур с квантовыми ямами для ИКфотоприемников спектрального диапазона и 8 мкм.
5.1 Гетсроструктуры с квантовыми ямами 8 мкм.
5.2 Гетероструктуры I с квантовыми ямами мкм
5.3 Двухспектральные гетероструктуры I с квантовыми ямами и 8мкм.
6. Разработка технологии получения гетероструктур для фотокатодов.
6.1 Гетероструктуры .
6.2 Гетероструктуры
6.3 Гетероструктуры
6.4 Гетероструктуры I
Основные результаты и выводы
Список литературы


Ширина КЯ в указанных структурах находилась в диапазоне 0 А толщина волноводных слоев составляла 0. Рис. Схема распределения коэффициента преломления в РОДГС с дополнительными слоями и распределение электромагнитной волны в ней а распределение излучения ЛД в дальней зоне б . Ц7 8 9
Рис. Схематическое изображение конструкции РОДГС с туннельносвязанными волноводами а 1 контактный слой 2, верхний и нижний ограничивающие слои 3, 9 верхний и нижний пассивные волноводные слои 4, 8 верхний и нижний разделительные слои 5, 7 активный волновод 6 активная область подложка и распределение электромагнитной волны в ней б I основная мода II первая мода III вторая мода . Зх п0. Аэ ОаАэ
Зх пСао. Д5
Рис. Схематическое изображение конструкции РОДГС с периодическим волноводом а в сравнении с традиционным вариантом б . Рис. Схематическое изображение конструкции РОДГС с дополнительными барьерными слоями а в сравнении с традиционным вариантом б . Рассмотренные выше конструкции ГС предназначены для создания ЛД с длинами волн излучения 0. АЮаАзЛЗаАз, пСаАзАЮаАзСаАБ, пСаАзРпСаРСаАБ. Переход в длинноволновую область 1 мкм, наиболее актуальную для систем ВОЛС, связан с созданием ГС в системах материалов валАзРпР и АЮапАБпР. Известно, что ЛД с длиной волны 1. Для уменьшения энергопотребления и стоимости передающих оптических модулей, создаваемых на основе этих ЛД, необходимо, чтобы в широком диапазоне рабочих температур С ЛД работали в заданном режиме без принудительного охлаждения. Поэтому, в последнее время наметилась тенденция к созданию, так называемых, неохлаждаемых высокотемпературных ЛД в диапазоне длин волн 1 мкм. Традиционной конструкцией ГС для ЛД рассматриваемого спектрального диапазона является РОДГС с множественными КЯ. Как правило, количество КЯ колеблется от 4 до 6 шт. Необходимость увеличения количества КЯ в активной области ГС состоит в повышении эффективности инжекции носителей и увеличения фактора оптического ограничения. В показано, что высота барьера волноводного слоя оказывает важнейшее влияние на характеристики ЛД на основе ГС ОапАзРпР. Установлено, что оптимальной величиной барьера для ЛД с А1. В. Причем на более высокую дифференциальную квантовую эффективность продемонстрировали ГС с напряженными КЯ Лаа0. ГС с КЯ согласованными по периоду решетки с подложкой 1пР Ааа 0. КЯ явился тот факт, что с ростом числа КЯ до дифференциальное усиление в них также возрастало в противоположность неизменной величине дифференциального усиления для согласованных КЯ. В изучено влияние величины напряжения в КЯ на пороговую плотность тока ЛД на основе ГС 1пОаАзОа1пАР1пР. Установлено, что минимальное значение пороговой плотности тока Асм2 достигается в ГС с одной напряженной КЯ Ааа 1. КЯ с другими напряжениями Ааа0. Авторы проанализировали влияние уровня легирования гетерограницы рэмиггерный слойволновод на харакетристики ЛД на основе ГС Са1пАзР1пР. Показано, что среди изученных трех вариантов легирования нелегированный, р5х см3 и р1. В этом случае достигалась минимальная плотность порогового тока и максимальная дифференциальная квантовая эффективность, особенно при повышенных температурах. Еще одним отличием ЛД с длиной волны 1 мкм является низкое значение характеристической температуры, которая отражает величину температурной зависимости порогового тока. Первоначально, основными причинами сильной температурной зависимости порогового тока, дифференциальной квантовой эффективности и ширины полосы модуляции лазеров с Д1 мкм, изготавливаемых на основе традиционной системы материалов 1пСаАР1пР, считали Ожебезизлучательную рекомбинацию и межзонное поглощение носителей в валентной зоне . Для устранения этих причин были созданы квантоворазмерные ГС на основе соединений 1пОаАР1пР, с использованием напряженных КЯ. Рассогласование постоянных решеток приводит к образованию биаксиальных напряжений в КЯ и, как следствие, к изменению зонной диаграммы ГС. В результате искажения и расщепления подзон валентной зоны уменьшается эффективная масса дырок и, таким образом, снижается плотность состояний в валентной зоне.