Полупроводниковые квантово-размерные гетероструктуры на основе широкозонных соединений A2 B6 : Основы технологии получения методом молекулярно-пучковой эпитаксии и исследование свойств

• Автор: Иванов, Сергей Викторович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 295 с. : ил

Содержание
Содержание
Введение
1. Общая характеристика систем широкозонных материалов А2В6 и проблем, поднимаемых в диссертации (обзор литературы)
1.1. Существующие кинетические и термодинамические модели МПЭ применительно к ZnSe
1.2. Структурные свойства эпитаксиальных пленок широкозонных соединений
А2Вб. Особенности гетероэпитаксии на подложках GaAs
1.3. Специфика дырочного легирования широкозонных полупроводниковых соединений на основе ZnSe
1.3.1. Реакции легирования активированными частицами
1.3.2. Типы активаторов газообразного азота и их использования для легирования широкозонных соединений А2Вб
1.3.3. Исследования процессов дефектообразования и самокомпенсации в ZnSe:N
1.4. Электронные свойства КР гетероструктур на основе широкозонных соединений А2Вб
1.5. Дробно-монослойные гетероструктуры CdSe/ZnSe
1.6. Развитие исследований сине-зеленых лазеров на основе широкозонных соединений А2Вб
2. Разработка основ технологии роста методом МПЭ широкозонных соединений А2В6 (теоретические и экспериментальные аспекты)
2.1. Технические аспекты реализации технологического процесса МПЭ широко-зоных соединений А2Вб и гетероструктур на их основе и методики исследования их структурных, оптических и электрических свойств
2.1.1. Состав и особенности установки МПЭ
2.1.2. Методы in situ диагностики при МПЭ
2.1.3. Методы ex situ структурной, оптической и электрической характеризации эпитаксиальных слоев и гетероструктур
2.2. Взаимосвязь термодинамики и кинетики при описании процессов роста при
МПЭ соединений А2В6. Теория и эксперимент
2.2.1. Термодинамическая модель и основные отличительные особенности
МПЭ А2Вб

2.2.2. Теоретическое описание МПЭ роста ZnSe. Методики определения коэффициентов встраивания элементов
2.2.3. МПЭ рост твердых растворов 7п1_хСс1х8е
2.2.4. Выращивание твердых растворов гпвуБе^у при использовании гпБ в качестве источника серы
2.2.5. МПЭ твердых растворов MgxZnl_xSySel-y. Взаимодействие Б и Mg в физадсорбированном состоянии. Твердые растворы BexMgyZnl.x.ySe
2.2.6. Расчет областей неустойчивости и несмешиваемости твердого раствора MgyZnl.xSySeI_y
3. Исследование МПЭ роста и легирования полупроводниковых пленок и гетероструктур на основе широкозонных соединений А2В
3.1. МПЭ рост нелегированных и легированных С1 эпитаксиальных пленок соединений (Be,Mg,Zn,Cd)(S,Se,Te) и их структурная и оптическая характеризация
3.1.1. Структурные свойства эпитаксиальных слоев. Формирование бездефектной гетерограницы А2В6/СаАз
3.1.2. Оптические свойства нелегированных и легированных С1 эпитаксиальных слоев
3.1.3. Композиционная и температурная зависимость показателя преломления эпитаксиальных слоев гпьхСс1х8е
3.2. Дырочное легирование широкозонных соединений А2Вб с использованием плазменных активаторов молекулярного азота (N2) различного типа
3.2.1. Конструкция и отличительные особенности оригинальных активаторов азота, используемых в данной работе
3.2.2. Исследование процессов легирования и дефектообразования в слоях в ZnSe:N и твердых растворах на его основе, используя активаторы азота различного типа
3.2.2.А. Легирование с использованием БС-УАЗ активатора азота
3.2.2.Б. Легирование с использованием КБ-ССМ активатора азота
3.2.3. Р-легирование широкозонных твердых растворов на основе ZnSe
3.3. Технология полупроводниковых наноструктур со сверхтонкими (<3 монослоев) дробно-монослойными вставками СйБе в ZnSe матрице
4. Свойства квантово-размерных гетероструктур на основе широкозонных
соединений А2В
4.1. Исследование свойств эпитаксиальных гетероструктур с квантовыми ямами

и сверхрешетками
4.1.1. Структурные свойства
4.1.2. Оптические свойства гетероструктур с КЯ и сверхрешетками
4.1.3. Транспортные свойства гетероструктур с КЯ и сверхрешеткми
4.2. Полупроводниковые наноструктуры со сверхтонкими (<3 монослоя) вставками Сс18е в ХпБе матрице, и разупорядоченными коротко-периодными сверхрешетками на их основе
4.2.1. Морфология и структурные свойства С<і8е/2п8е ДМС структур
4.2.2. Оптические и транспортные свойства самоорганизующихся СёБе/^пЗе наноструктур и сверхрешеток на их основе. Связь с морфологией
4.2.3. Индуцированное бериллием самоорганизованное формирование СсШе
КТ в суб-монослойных СсІБе/гпЗе ДМС структурах
5. Лазерные гетероструктуры для сине-зеленого спектрального диапазона.
Взаимосвязь технологии, особенностей конструкции и характеристик
5.1. Электро-оптические исследования ДГС РО лазерных структур на основе широкозонных гетероструктур А2В6 с широкими КЯ
5.2. Исследования лазерных А2В6 гетероструктур с ХпСЖе КЯ и волноводом в виде разнополярно-напряженной сверхрешетки на основе гпМ§88е и ВеМ§2п8е систем материалов
5.3. Лазерные гетероструктуры с дробно-монослойной Ссйе активной областью
и волноводом в виде разнополярно-напряженной сверхрешетки
Заключение
Цитируемая литература
Работы, вошедшие в диссертацию

1.5. Дробно-монослойные гетероструктуры СбЗеЯпЭе
Начало интенсивным исследованиям гетероструктур Ссйе/гиБе, чрезвычайно перспективных для применения в оптоэлектронных приборах, поскольку они могут перекрыть весь сине-зеленый диапазон длин волн излучения (460-550 нм) при вариации толщины СбБе в пределах нескольких моноатомных слоев (МС), было положено в 1990 году работой РагЬгоок Ш а1. [108*]. В то время исследования проводились в представлениях одномерной искусственной модуляции ограничивающего потенциала для носителей заряда и основной упор делался на получении и исследовании гетероструктур с КЯ и СР, содержащих тонкие слои Сб8е с целым числом МС [109*-114*]. Оценка критической толщины СбБе на ЕпБе, полученная из оптических измерений, исследований методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), а также определенная по срыву осцилляций ДБЭ и трансформации 20 линейчатой картины ДБЭ в точечную ЗЭ картину, составила /кр~3 МС [109*,110*,115*]. Были также предприняты попытки использовать такие короткопериодные СФБе^пБе СР в качестве активной области оптических [116*] и инжекцион-ных [10*] сине-зеленых лазеров, однако это не привело к заметному улучшению лазерных характеристик.
После опубликования первых результатов исследования самоорганизации непосредственно в процессе МПЭ квантовых точек (КТ) 1пАз в СаАэ [118*], имеющих такое же рассогласование параметров решетки, что и гетеропара Ссйе^пБе (Аа/а~7%), пришло понимание того, что релаксация упругой энергии вследствие большого Да/а может происходить не только путем образования сетки дислокаций несоответствия, вызывающей необратимую деградацию свойств структуры, но и посредством формирования самоорганизующихся псевдоморфных нано-островков узкозонного СбБе на Zn.Se, и основной акцент в исследованиях был смещен в сторону получения методом МПЭ самоорганизующихся СбБе КТ в гпБе.
Однако целый ряд существенных различий систем 1пАз/ОаАз и СбБе^пБе, таких как различные упругие характеристики, приблизительно в два раза большая критическая толщина в случае А2В6, а также более жесткие ограничения на максимальные размеры квантово-размерных объектов в силу малости Боровского радиуса экситона (ао=3 нм в гпБе и ао=5 нм в Сс18е [119*]), сделали задачу получения Сс1Бе КТ более сложной. И действительно, первые эксперименты по МПЭ формированию КТ, используя ростовую моду Странского-Крастанова [120*-122*], когда для образования островков требуется превышение Ар, привели к получению достаточно больших островов СбБе с типичными размерами в несколько десятков нанометров, которые не могли обеспечить эффективного квантового ограничения носителей в трех измерениях. В силу низкой интенсивности ФЛ таких