Гетероструктуры на основе висмутсодержащих твердых растворов соединений А3В5, полученные методом зонной перекристаллизации градиентом температуры

• Автор: Лунина, Марина Леонидовна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 187 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Многокомпонентные твердые растворы на основе 1пБЬ, ваБЬ, 1пАз
и ЦаР
1.2. Эпитаксиальные структуры, полученные с использованием
висмута в качестве растворителя
1.3. Легирование твердых растворов на основе соединений А3В5
висмутом
1.4. Твердые растворы замещения на основе соединений А ’В5
с участием висмута
1.5. Постановка задачи исследования
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ФАЗОВЫХ
РАВНОВЕСИЙ В ВИСМУТСОДЕРЖАЩИХ
МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ГЕТЕРОСИСТЕМАХ А3В5
2.1. Закономерности изменения основных свойств твердых растворов
замещения на основе соединений А3В5
2.2. Термодинамическое описание фазовых диаграмм изоморфных многокомпонентных твердых растворов (МТР)
2.3. Определение термодинамических параметров для анализа висмутсодержащих МТР
2.4. Анализ фазовых равновесий в висмутсодержащих гетеросистемах
на примере систем Ет-Ая-БЬ-В! и Са-1п-Ая-БЬ-В1
2.5. Термодинамические ограничения и устойчивость висмутсодержащих МТР
2.6. Ограничение по плавкости
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 3. ТЕХНИКА ЗОННОЙ ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ Ш-СОДЕРЖАЩИХ ГЕТЕРОСТРУКТУР ГРАДИЕНТОМ ТЕМПЕРАТУРЫ
3.1. Аппаратурное оформление ЗПГТ и специального оборудования для анализа кинетики роста полупроводниковых гетероструктур
3.2. Анализ существующих и разработка новых технологических
кассет для получения пленочных и многослойных гетероструктур
3.3. Формирование транспортных раствор-расплавных зон, подготовка исходных материалов и гетерокомпозиций
3.4. Анализ источников погрешностей эксперимента
ВЫВОДЫ

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
ПРОЦЕССОВ РОСТА МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ Bi-СОДЕРЖАЩИХ ГЕТЕРОСТРУКТУР
4.1. Морфология эпитаксиальных слоев Bi-содержащих гетероструктур
4.2. Зависимости кинетических характеристик от геометрических, термодинамических параметров и состава жидкой зоны
4.3. Влияние высокотемпературного отжига жидкой зоны на скорость
ее движения
4.4. Распределение компонентов в твердых растворах GaAsxPi_x
4.5. Особенности кристаллизации, структурное совершенство и состав
МТР InAsSbBi/InSb, InGaAsSbBi/InSb и InGaAs /InAs
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 5. СВОЙСТВА ВИСМУТСОДЕРЖАЩИХ ГЕТЕРО-
СТРУКТУР И ПУТИ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ В ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРАХ
5.1. Расчет спектров поглощения и отражения многослойных Bi-содержащих гетер о структур
5.2. Расчет зависимости ширины запретной зоны от состава многокомпонентных висмутсодержащих твердых растворов на основе соединений А3В5
5.3. Фотодетекторы на основе многослойных гетероструктур lnSbj_xBix/InSb и светоизлучающие диоды на основе
пленок GaAs].xPx/GaP
5.4 Электрофизические и фотолюминесцентные характеристики многослойных гетероструктур InSb,.xBix/InSb и GaSbbxBix/GaSb
5.5. Анализ спектров фоточувствнтельности датчиков ИК излучения с помощью искусственных нейросетей
ВЫВОДЫ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Поиск новых многокомпонентных полупроводниковых материалов и разработка эффективных технологий получения гетероструктур и приборов на их основе является одной из важнейших составляющих современного развития электроники.
Узкозонные твердые растворы А3В?[,2, изопериодные подложкам 1п8Ь, йьАя и вавЬ, перспективны в качестве высокочувствительной базы фотодетекторов в инфракрасной области спектра. Широкозонные гетероструктуры на основе арсенида-фосфида галлия необходимы для создания высокоэффективных оптоэлектронных приборов, работающих в видимом диапазоне. В тоже время существующие методы получения многокомпонентных твердых растворов (МТР), изопериодных подложкам 1п8Ь, 1пАз, Са8Ь и СаР, имеют ряд проблем [1]. Некоторые из них можно решить введением компонентов, которые позволят компенсировать структурные и термодинамические несоответствия. В качестве одного из таких компонентов может быть применен висмут[3-11]. Его введение в расплав при кристаллизации МТР обеспечивает морфологическую стабильность фронта кристаллизации, уменьшение плотности дефектов, вызванных отклонением от стехиометрии[3]. Указанные достоинства наиболее эффективно могут быть реализованы в методе зонной перекристаллизации градиентом температуры (ЗПГТ), для которого характерны малое пересыщение на фронте кристаллизации, высокая изотермичность, низкие значения конценграционного переохлаждения[1] и возможность управления распределением компонентов по толщине слоя. Кроме того, легирование висмутом дает возможность формировать заданную энергетическую структуру кристалла.
В этой связи налицо актуальность как с научной, так и с практической точек зрения диссертационной работы, посвященной исследованию процессов роста и свойств висмутсодержащих твердых растворов на основе 1п8Ь, ОаБЬ, 1пА.з и СаР
ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Изучение процессов кристаллизации, выявление закономерностей кинетики эпитаксиального роста многокомпонентных твердых растворов с участием висмута на основе 1п8Ь, 1пЛэ и СаР в поле температурного градиента и исследование их свойств. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- разработка процессов кристаллизации слоев многокомпонентных твердых растворов;
экспериментальные исследования процессов роста висмутсодержащих эпитаксиальных слоев на подложках 1п8Ь, 1пАя и СаР;
- теоретические исследования фазовых равновесий в многокомпонентных гетеросистемах А3В5 с висмутом;
- анализ термодинамических ограничений синтеза пятикомпонентной системы 1п-Са-Ая-ЗЬ-Ш и ее подсистем;
исследование зависимости ширины запрещенной зоны твердого раствора 1пСаАаЗЬВ1 от состава;
і А Г а X і А Г А X
Рис. 1.15. Зонная структура ІпвЬ (а) и ІпВі (б)
х. %
Рис. 1.16. Зависимость ширины запрещенной зоны Ей для 1п8Ь1.хВ1, от состава[73,79]. Сплошные линии - расчет, точки - эксперимент.
Т, К: 1-4; 2-77; 3-300.