Молекулярно-пучковая эпитаксия квантово-размерных структур на основе ZnSe-содержащих соединений

• Автор: Трубенко, Павел Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 122 с.

Введение
Глава 1. Молекулярно-пучковая эпитаксия гпБе
§1.1. Описание установки молекулярно-пучковой эпитаксии
§1.2. Поверхностные структуры. Теория
§1.3. Параметры роста и фазовые диаграммы реконструкции поверхности эпитаксиальных плёнок 2пБе
§1.4. Описание экспериментальной установки для проведения
низкотемпературных фотолюминесцентных измерений
§1.5. Экспериментальные результаты фотолюминесцентного анализа пленок ZnSe
Основные результаты Главы
Глава 2. Молекулярно-пучковая эпитаксия ZnCdSe/ZnSe, ZnCdSe/ZnMgSe
§ 2.1. Оптических переходы в квантово-размерных структурах на основе соединений А2В6 со структурой цинковой обманки
§ 2.2. Расчет энергетического положения уровней в квантовых ямах
§2.3. Ширина линии излучения квантовой ямы гпСбБе/пБе при разных температурах
§2.4. Влияние термического отжига на люминесцентные свойства гпСбБе/гпБе структур...:
§2.5. Гомоэпитаксия и люминесценция квантово-размерных структур ZnCdSe/ZnSe на подложках ZnSe
Основные результаты Главы
Глава 3. Лазеры на основе квантово-размерных структур
§3.1. Полупроводниковый лазер с оптической накачкой на основе квантоворазмерной структуры ZnCdSe/ZnSe
§3.2. Вертикально-излучающий лазер с накачкой электронным пучком на основе квантово-размерной структуры ZnCdSe/ZnSe, выращенной на подложке СаАз
§3.3. Вертикально-излучающий лазер с накачкой электронным пучком на основе квантово-размерной структуры гпСбБе/гпБе, выращенной на прозрачной
подложке гпБе
Основные результаты Главы
Заключение
Литература
Введение.
Молекулярно-пучковая эпитаксия (МПЭ) является универсальной технологией роста тонких эпитаксиальных пленок полупроводников и металлов. Метод МПЭ насчитывает почти двадцатипятилетнюю историю. Основные успехи были достигнуты в области создания периодических структур А1хОа].хАз/ОаА8, ГпхОаьхАэ/ОаАз, АЮа1пР/Са1пР, на основе которых к настоящему времени успешно реализованы одночастотные лазеры, лазеры с распределенной обратной связью и распределенными брэгговскими зеркалами, а также вертикально-излучающие инжекционные лазеры [1,2]. Эта технология имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с другими методами выращивания эпитаксиальных слоев такими, как: жидкофазная эпитаксии (ЖФЭ) или газофазная эпитаксия из металло-органических соединений. Молекулярно-пучковая эпитаксия позволяет:
1) обеспечить высокий уровень контроля параметров молекулярных потоков испаряемых веществ и температуры подложки;
2) отслеживать морфологию поверхности подложки и эпитаксиальной пленки непосредственно перед и в ходе роста, соответственно;
3) обеспечить низкий уровень неконтролируемых примесей путем использования сверхвысокого вакуума, лучше 10~8Па;
4) с точностью до монослоя контролировать параметры выращиваемой структуры.
Первые работы по МПЭ на А2В6 соединениях относятся к концу 70-х годов [3], но заметный прогресс был достигнут лишь в начале 90-х годов, что связано с получением в 2пБе проводимости р-типа [4] и разработкой технологии выращивания квантово-размерных гетероструктур, способных обеспечить хорошее квантовое ограничение электронов и дырок вплоть до комнатной температуры [5]. Эти достижения открыли путь к созданию на основе соединений А2В6 инжекционных полупроводниковых лазеров с длиной волны излучения, лежащей в сине-зеленом (460 - 550 нм) спектральном диапазоне. В России исследования в области МПЭ соединений А2Вб и создание на их основе лазерных структур были начаты лишь в конце 1992 года в НЦВО при ИОФ РАН (г.Москва) [6,7,8,9] и в ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН (С.-Петербург) [10,11].
Повышенный интерес к этим исследованиям связан с необходимостью создания компактных лазерных источников излучения сине-зеленого спектрального диапазона для увеличения плотности записи информации на
оптических дисках, улучшения качества цветной печати и создания лазерных дисплеев.
Базовыми материалами для создания сине-зеленого полупроводникового инжекционного лазера являются ZnSe и твердые растворы на его основе: ZnCdSe и ZnSSe. Первый полупроводниковый импульсный ZnCdSe/ZnSe/ZnSSe сине-зеленый лазерный диод, работающий при 77К на длине волны 490 нм, был создан компанией ЗМ в 1991 году [12]. В начале 1996 года группа ученых из Sony Corporation (Japan) реализовала инжекционный лазер, работающий при комнатной температуре в непрерывном режиме в течение 101.5 часа на длине волны 514.7нм с выходной мощностью 1 мВт [13]. Этот прогресс удалось достичь благодаря использованию новых четверных соединений ZnMgSSe, получению относительно низкоомного электрического контакта p-типа на многослойной структуре ZnSe/ZnTe, а также понижению плотности ростовых дислокаций до < 1*103 см-2, что позволило изготовить лазер из бездислокационной области структуры.
С этого момента основной проблемой становится постепенная деградация ZnSe лазеров. Одной из причин деградации является высокая дефектность контакта p-типа, обусловленная сильным рассогласованием параметров кристаллической решетки ZnSe и верхнего приконтактного слоя ZnTe p-типа. Для уменьшения деградации контакта p-типа было предложено использовать вместо ZnTe новый класс материалов на основе халькогенидов бериллия: ВеТе, BeMgZnTe, BeZnTe [14], характеризующихся более прочной химической связью, относительной легкостью получения p-типа проводимости. К тому же ВеТе имеет слабое рассогласование с ZnSe [15]. Так группе ученых из ЗМ Company (США) в 1997 году удалось продемонстрировать работоспособность контакта ZnSe/BeTe р-типа при рабочей плотности тока в 2 кА/см2 в течение 1600 часов при комнатной температуре [16], что более чем в 100 раз лучше, чем для стандартного контакта ZnTe/ZnSe p-типа. А если учесть, что типичные рабочие плотности тока в пять раз меньше выше приведенной, то срок службы p-типа контакта для инжекционных лазеров может быть доведен уже в ближайшее время до рубежа 10000 часов, что является критерием работоспособности лазерного диода.
Другой важной причиной деградации является наличие точечных дефектов из-за нестехиометрии состава твердого раствора полупроводника вблизи активной области лазера. Последнее достижение в реализации лазера со сроком
Интенсивность 12 Интенсивность 5А
Т (°С1
роста< '

роста
Рис.1.5.3. Показаны зависимости при 12К интенсивности полосы самоактивированной люминесценции 8Л (а), линии связанного экситона не нейтральном доноре Ь0 (б) для плецок ZnSe/GaAs(001), выращенных при разных
условиях.