Полупроводниковые слои и гетероструктуры на основе халькогенидов цинка, кадмия и бериллия, формируемые методом молекулярно-пучковой эпитаксии

• Автор: Сорокин, Сергей Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 170 с. : ил

Содержание
Содержание
Введение
Глава 1 Характеристика соединений А2В6 и твердых растворов на их 10 основе (литературный обзор)
1.1. Свойства и особенности полупроводников А2Вб
1.2. Твердые растворы соединений на основе ZnSe
1.3. Исследования сине-зеленых лазеров на основе широкозонных соединений А2В6. Основные причины деградации лазерных гетероструктур А2В6
1.4. Особенности оптических и структурных свойств дробно-
монослойных гетероструктур CdSe/ZnSe
Глава 2 Аппаратурные и методические особенности МПЭ широкозонных соединений А2В6
2.1. Основные принципы и аппаратное обеспечение
2.2. Методы in situ диагностики при МПЭ
2.3. Особенности контроля температуры при МПЭ
2.4. Методы ex situ структурной, оптической и электрической характеризации эпитаксиальных слоев и гетероструктур
2.5. Особенности гетероэпитаксии широкозонных соединений А2В6 на
подложках GaAs
Глава 3 Математическое моделирование МПЭ соединений А2Вб и
твердых растворов на их основе
3.1 Кинетические модели молекулярно-пучковой эпитаксии и их ограничения
3.2. Термодинамическая модель молекулярно-пучковой эпитаксии и ее применение к МПЭ халькогенидов подгруппы цинка
3.3. Анализ процессов МПЭ твердых растворов ZnSySei.y при использовании сульфида цинка в качестве источника серы
3.4. Особенности молекулярно-пучковой эпитаксии твердых растворов MgxZni.xSySe,.y
3.5. Расчет областей нестабильности и несмешиваемости в системе
твердых растворов MgxZnt.xSySei.y
3.6 Переменно-напряженные многослойные гетероструктуры сине-
зеленых лазеров на основе ZnSe
Глава 4. Гетероструктуры CdSe/ZnSe с дробно-монослойными вставками
4.1. Метод эпитаксии с повышенной миграцией атомов
4.2. Калибровка номинальной толщины в CdSe/ZnSe ДМС структурах
4.3. Температурная зависимость удельной толщины субмонослойных покрытий
4.4. Особенности ЭПМ CdSe/ZnSe ДМС структур
4.5. Индуцированное дефектами формирование островков в
наноструктурах CdSe/ZnSe
Глава 5. Новый материал для активной области приборов сине
зеленого диапазона BeCdSe
5.1. Анализ термодинамических свойств халькогенидов бериллия
5.2. Особенности молекулярно-пучковой эпитаксии твердых растворов BeCdSe
5.3. Анализ зависимости ширины запрещенной зоны от состава в системе BeCdSe
5.4. Структуры лазеров для оптической накачки и светоизлучающих
диодов с BeCdSe активной областью
Заключение
Цитируемая литература
Работы, вошедшие в диссертацию
Приложение. Расчет уровней размерного квантования в ZnSe/Znj.JVIgxSySei-j, квантовых ямах
ВВЕДЕНИЕ.
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ.
В настоящее время полупроводниковая оптоэлектроника является одной из самых быстро развивающихся областей науки и техники. Возрастающие требования,
предъявляемые к оптоэлектронным устройствам, стимулируют поиск и разработку технологии новых материалов. Появление коммерческих полупроводниковых лазеров и светодиодов, излучающих в сине-зеленой области спектра, откроет новые возможности при создании устройств цветного оптического отображения информации нового поколения, таких как полноцветные оптические дисплеи, системы проекционного лазерного телевидения, устройства высококачественной цветной печати и др. Безопасные для человеческого глаза маломощные сине-зеленые лазеры могут с успехом использоваться в строительной промышленности, заменив более мощные красные лазеры, а также в медицине (глазная хирургия, лазерная гемокоррекция), металлургии и военном деле в качестве целеуказателей для мощных инфракрасных лазеров. Следует также отметить, что максимум чувствительности человеческого глаза приходится именно на сине-зеленый диапазон видимого спектра.
На сегодняшний день реальную технологическую возможность перекрытия сине-зеленого (490-530 нм) спектрального диапазона удалось продемонстрировать только при помощи широкозонных полупроводников А2В6. Этому в немалой степени способствовал значительный прогресс в области молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ), которая позволяет прецизионно управлять энергетическими и геометрическими параметрами псевдоморфных наноструктур, формируемых на подложках ОаАя, в том числе и в условиях проявления эффектов самоорганизации.
Подлинным прорывом, положившим начало новому этапу исследований 7п5е-содержащих материалов, явилось открытие в 1990/91 гг. технологии р-легирования при МПЭ, основанной на применении источников возбужденного азота. Однако, несмотря на большие усилия, прилагаемые многими исследовательскими группами в этом направлении, промышленно используемый лазер на основе соединений А2В6 до сих пор не создан. Основными конкурентами халькогенидам цинка в сфере оптоэлектронных применений являются полупроводники А3Ы, технология которых динамично развивается в последние годы. Однако при использовании гетероструктур А3-нитридов получение стимулированного излучения в сине-зеленом спектральном диапазоне весьма проблематично из-за принципиальных трудностей формирования малодефектных квантовых ям ГпОаЫ с большим содержанием 1п, обеспечивающим требуемую длину волны излучения. К этому следует добавить, что полимерные материалы, из которых изготавливаются лазерные компакт-диски и фокусирующие линзы в СО проигрывателях, оказываются чрезвычайно нестойкими к фиолетовому и УФ излучению нитридных лазеров. Поэтому несколько угасший в конце

значениями периода решетки [66,67]. Подобный градиент состава в S-содержащих соединениях наблюдали и в [68], и также связали его с изменением температуры подложки во время роста. Одной из причин эволюции состава твердого раствора в процессе эпитаксии может служить отсутствие стабилизации Тп перед началом эпитаксии, так как при пониженных температурах эпитаксии требуется довольно значительное время (до получаса) для установления теплового равновесия.
Чтобы установить динамику изменения температуры на поверхности роста в процессе эпитаксии были выполнены измерения с помощью низкотемпературного пирометра IRCON MODLINE PLUS 3400 с полосой фоточувствительности 3.36-3.50 pm и с рабочим диапазоном измерения температуры 200-800°С. Подложки GaAs прозрачны для пирометра с такой полосой фоточувствительности, поэтому фактически показания пирометра отражают температуру молибденового держателя. В некоторой степени на них влияет и толщина слоя индиевого припоя. После установки рабочей температуры по описанной выше методике путем выбора соответствующего значения эмиссивности системы показания пирометра подгонялись к истинной температуре и в дальнейшем использовались для контроля относительного изменения температуры в процессе эпитаксии. При этом также были учтены интерференционные колебания Фабри-Перо за счет отражений инфракрасного излучения от гетерограницы GaAs/ZnSe и поверхности растущего слоя, выражающиеся в появлении осцилляторной компоненты в показаниях пирометра. Нами было обнаружено плавное уменьшение температуры подложки в процессе роста при поддержании постоянной мощности на нагревателе. Этот эффект связан с изменением излучательной способности поверхности растущего слоя и держателя образца. Эмиссивность системы (и теплоотдача) увеличиваются при напылении широкозонных материалов за счет как большей шероховатости поверхности растущего слоя по сравнению с подложкой GaAs, так и осаждения слоев на поверхности молибденового держателя вне подложки. В результате был определен временной закон изменения температуры подложки и приняты меры по компенсации этого изменения. В частности, при выращивании S-содержащих твердых растворов был обнаружен и скомпенсирован эффект увеличения температуры подложки при открытии высокотемпературного источника ZnS. Эти меры позволили заметно снизить градиент состава в S-содержащих твердых растворах (рис. 2.46).
В случае безприклеечного крепления подложки и ее прямого радиационного нагрева, для контроля Тп нами был выбран метод измерения спектрального положения края поглощения GaAs в зависимости от Т„ при использовании танталового нагревателя подложки в качестве источника ИК излучения. Из других возможных способов контроля