Формирование многокомпонентных твердых растворов GaSb и GaInSb для инжекционных излучателей ИК-диапазона

• Автор: Севостьянов, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 97 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПРОБЛЕМАТИКА РАБОТЫ

1.1. Свойства и применение твердых растворов на основе антимонида галлия.

т 1.2. Фазовые равновесия в гетеросистемах на основе антимонида

галлия.
1.3. Особенности условий формирования эпитаксиальных гетероструктур в антимонидных системах.

1.4. Постановка задачи исследования

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАБОТЫ

2.1. Модельные представления фазовых превращений в многокомпонентных твердых растворах
2.2. Уточнение термодинамических параметров
2.3. Анализ данных расчета поверхностей ликвидус и солидус в
гетеросистемах СаГпБЬ и Оа1пБЬВ1.
ВЫВОДЫ.
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ф ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗЛУЧАТЕЛЬНЫХ
МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР НА ОСНОВЕ ваЗЬ.
3.1. Аппаратурное оформление проведения процессов градиентной жидкофазной кристаллизации.
3.2. Подготовка исходных материалов для проведения процессов градиентной жидкофазной кристаллизации в многокомпонентных системах на основе антимонида галлия.
Ф 3.3. Особенности технологии получения многокомпонентных
т гетероструктур ОаЭЬВЮаЗЬ и Оа1п8ЬВГСа8Ь.
ВЫВОДЫ.
ГЛАВА 4. СТРУКТУРНЫЕ СВОЙСТВА И ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР
ОаЗЬВЖЗавЬ И Оа1п8ЬВ1Оа8Ь
4.1. Структурное совершенство и твердофазные превращения в
0 твердых растворах на основе антимонида галлия.
4.2. Электрофизические характеристики твердых растворов Са8ЬВ1 и Са1п8ЬВ1.
4.3. Фотоэлектрические свойства твердых растворов на основе антимонида галлия
4.4. Возможности приборной реализации гетероструктур Са8ЬВГСа8Ь
ИЗа1п8ЬВ1Оа8Ь
ВЫВОДЫ.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Для висмутсодержащих гетеросистем перспективным методом ЖФЭ является градиентная жидкофазная кристаллизация (ГЖК) или зонная перекристаллизация градиентом температуры (ЗПГТ). Параметры технологических процессов этого метода достаточно полно отражены в[,,6]. К началу выполнения данной работы в литературе имелась разрозненная информация об эпитаксиальных слоях полупроводников Оа8Ь<В1>[1,]. В связи с этим тема данной работы актуальна с научной и практической точек зрения. Целью работы является разработка технологии ГЖК и ее экспериментальное исследование применительно к получению эпитаксиальных слоев висмутсодержащих твердых растворов ОаЯЬ^В^ и Gai. InySbj. Bix на основе ва8Ь,' исследование совершенства, электрофизических и фотолюминесцентных свойств эпитаксиальных структур. Са8Ь1„хВ1х и Gai. InySbj. Теоретически и экспериментально исследована фазовая диаграмма висмутсодержащих гетеросистем Са8Ь<В> и Са1п8Ь<В1>/Са8Ь в температурном диапазоне 3-0 К. Проведен анализ гетерогенных равновесий в системах СаБЬ<В^ и Оа1п8Ь<В>/Оа8Ь применительно к условиям выращивания эпитаксиальных слоев методом ЖФЭ (бинарная гетеросистема Са8Ь, трехкомпонентные твердые растворы Са1п8Ь, Са8Ь<Вь>, 1п8Ь<В> и четырехкомпоиентный твердый раствор Са1п8Ь<В>). Получены висмутсодержащие твердые растворы Са8Ь<В1> и Са1п8Ь<В1> на основе ваЗЬ. Исследованы свойства полученных эпитаксиальных слоев. Разработана методика кристаллизации висмутсодержащих твердых растворов Са8Ь<В1> и Оа1п8Ь<В1> в поле температурного градиента. Разработаны технологические режимы получения и влияние ряда технологических факторов на характер получаемых эпитаксиальных слоев твердых растворов Оа8Ь<В1> и Оа1п8Ь<В> на основе антимонида галлия. Получены твердые растворы Оа8Ь<В> и Оа1п8Ь<В1> на основе Оа8Ь. Разработаны конструкции инжекционных излучателей на основе твердых растворов Оа8Ь<В1> и Оа1п8Ь<В>, пригодных в качестве датчиков промышленных атмосферных углеводородных и азотных загрязнений. Наибольшее согласие с экспериментом дает точечная аппроксимация квазихимического приближения регулярных растворов, примененная в работе для гетеросистем на основе ва8Ь. Результаты расчета позволяют определить исходные данные для получения твердых растворов требуемых составов методом ЗПГТ. Метод градиентной жидкофазной кристаллизации позволяет получать эпитаксиальные слои ваЗЬ^В^ ХВ1Х с требуемыми параметрами. Оптимальные величины переохлаждений при выращивании эпитаксиальных слоев твердых растворов Оа8Ь1_хВ1х и Gai. InySbi. Bix лежат в интервале 5-^ К. Разработанная в диссертации слайдерная кассета позволяет минимизировать случаи спонтанной объемной кристаллизации при больших переохлаждениях, вплоть до критических. Применение Ga-Bi и In-Bi, In-Ga-Bi (вплоть до % Bi в жидкой фазе) зон позволяет получать эпитаксиальные слои GaSbi_xBix (х < 0. Gai. InySbi. Bix (х < 0. Скорость жидкой зоны состава Ga—Bi возрастает при увеличении доли висмута, а состава In-Ga-Bi - при увеличении доли индия и висмута в жидкой фазе. Эпитаксиальные гетероструктуры GaSb/GaSb и GaInSb/GaSb могут служить в качестве элементной базы инжекционных излучателей с длиной волны 1,7ч-1,9 мкм. Достоверность результатов обеспечивается использованием хорошо зарекомендовавших себя аналитических и численных методов математики, физики, физхимии, обоснованностью приближений в применяемых моделях описания твердых растворов, использованием апробированных методов экспериментальных исследований, согласием теоретических и экспериментальных результатов работы между собой и с результатами других авторов. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Восьмой международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники» (Дивноморское, ТРТУ, ), Международной Научной Конференции «Кристаллизация в наносистемах» (Иваново, ), межвузовских научно-технических конференциях, а также на конференциях, совещаниях, семи нарах лаборатории физики полупроводников ВИ(ф) ЮРГТУ (НПИ). Работа проводилась в рамках научного направления, принятого в Университете и на кафедре физики: «Кристаллы и структуры для твердотельной электроники».