Введение к работе
Актуальность темы
Инфракрасная техника в последние годы стала мощным инструментом научных исследований и получила широюе распространение во многих практических приложениях. Своим прогрессом она обязана появлению новых материалов,чувствительных вИК-области спектра, и технологий их изготовления. В первую очередь это относится к многослойным полупроводниковым структурам. Достойное место в ряду узкозонных полупроводников занимают висмутсодержащие гетеро структуры [1], поскольку изменением содержания висмута можно эффективно управлять оптическими свойствами приборов на их основе. Интерес к висмутсодержащим гетеро структурам связан также с возможностью получения полу про вэдниковых наноструктур с характерными размерами 1-100 нм, вследствие того, что фермиевская длина волны электронову висмута велика (40 нм). Это дает возможность получать висмутсодержащие сверхрешетки методом градиентной жидюфазной кристаллизации (ГЖК) [2], важнейшее преимущество которого по сравнению с другими методами получения гетеро структур заключается в существенно меньшей стоимости технологии, меньшей сложности технологического процесса и менее жестким требованиям к чистоте исходных материалов.
Технологические трудности выращивания висмутсодержащих твердых растворов до последнего времени замедляли их широюе практическое внедрение. Однако недавние достижения в данной области [1] открывают новые перспективы его получения и применения. Вследствие этого возрастает интерес к фундаментальным свойствам - таким как электронная зонная структура, а следовательно, оптическим и фотоэлектрическим характеристикам указанных материалов [3]. В связи с этим в настоящее время происходит как интенсивное развитие теории явлений в многослойных структурах (структурах с квантовыми ямами), так и р азр аботка но вых методо в их получения.
Существует целый набор методик расчета электронных состояний в
квантою-размерных системах [4]. Дня практических целей требуются экспрессные
методы расчета, дающие достаточную точность и содержащие по возможности
меньшее количество параметров. С этой точки зрения безусловным лидером является так называемый метод огибающей волновой функции (иногда его называют еще методом эффективной массы). Это приближенный метод, содержащий рад эмпирических параметров. Как показывают многочисленные сопоставления с экспериментом, он позволяет не только качественно, но и количественно с высоюй точностью описать многообразие явлений в гетеро структур ах. Приближенность метода в значительной мере компенсируется его гибюстью, простотой и малым количеством фигурирующих эмпирических параметров. Указанные особенности Вьсодержащих гетеросистем делают задачи моделирования их электронного спектра весьма привлекательными. Ряд юзможносгеи получения гетеро структур с заданными свойствами, которые открывает метод ГЖК сулит вполне определенные перспективы в технологии новых приборов ИК оптоэлектроники. Все это делает настоящую работу актуальной и своевременной.
Цель и задачи исследования
Целью работы является расчет энергетичеснэго спектра многослойных структур InSbi-Jii/InSb и GaSbi.JiiJGaSb и разработка технологии их получения. Дпяреализации поставленной цели решались следующие задачи: -Расчет энергетических уровней, электронного спектра, распределение огибающей волновой функции по толщине гетерострукгур, распределение вероятностей обнаружения электрона в различных квантовых ямах многослойных гетеро структур InSb,.i/InSb и GaSb,.iJGaSb.
Моделирование фазовых равновесий вупругонапряженных гетеро системах In -Sb - Він Ga -Sb - Bi.
Разработка технологии получения многослойных гетеро композиций InSbi.JiiJInSb и GaSbi.Jii&aSb с толщинами слоев порядкаОД мкм.
Расчет спектровотражения и пропускания гетеросистем InSb/.JBi^nSb и GaSbi.J}i/3aSb с квантовыми ямами.
Определениеобластей применения гетеросистем InSbi.JiiJInSb и GaSbi.JSij/GaSb и разработка соответствующих практических рекомендаций.
Научная новизна
1. Проведен расчет энфгетических уровней, электронного спектра, распределение
огибающей юлноюй функции по толщине гетеро структур, распределение
вфоятностей обнаружения электрона в различных слоях многослойных
гетфострукгур InSb tJiiJlnSb и GaSbj.JJiJGaSb.
2. Проведен учет влияния упругих напряжений на смещение гетфогенных
равно весий систем InSbi.JiiJInSb и GaSbi.JiiJGaSb.
З.РазработанатехнологияполучениягетфОструкіурЛ75'6у.Іб^/7л5'6и
GaSbi.JiiJGaSb с квантовыми ямами заданной толщины.
4. Произведен расчет спектров отражения и пропускания многослойных гетфосистем InSbi.JUJInSb и GaSbi.JiiJGaSb.
5.Разработаны конструкция фотоприемного устройства наоснове гетфоструктуры InSbi.JiiJInSb с квантовыми ямами и конструкция квантоюго каскадного лазфана основе многослойной crpyKtypbiGaSbi.JiiJGaSb.
Основные научные положения,выносимые на защиту:
1. Многослойная crpyKTypa.GaSbi.JiiJGaSb при толщине слоев0,1 мкм вдиапазоне 2 разрешенные минизоны. При увеличении числа слоев происходит расширение 2. Многослойная структуры InSbi.JiiJInSb при толщине слоев 0,1 мкм в диапазоне 3 разрешенные минизоны. Установлено, что увеличение числа слоев для данной З.Распределениеогибающей юлноюй функции по толщине слоев и распределение г^оятностаобнфужениязлектронадлягетфосистемыСа^'бу.лД/уСа^'Л. 4. Многослойные структуры InSbi.JiiJInSb и GaSbi.JiiJGaSb могутбыть получены методом ГЖК с принудительной гидравлической сменой растворов в ростовом канапе. Данная методикапозюляетполучать свфхтонкие слои порядка 100 нм. 5. Способ получения многослойных упругонапряженных гетерострукіур InSbi. уменьшенных размеров. Данная методика позволяет получать слои заданной і тол щин ы за сч ет изменения р азмеро в яч еек, сод ер жащих р астворы-р аспл авы. 6. Варьируячисло слоев многослойной InSbi.JiiJInSb и GaSbi.JiiJGaSb структуры, Практическая значимость Получены многослойные структуры InSb i.JiiJInSb и GaSb i.JiiJGaSb методом ГЖК с принудительной гадравличесюй сменой растюров-расплаюв в росгоюм канале. Разработанатехнологияполучения многослойных структур толщиной порядкаОД мкм и технология получения слоев заданной толщины. Разработаны конструкция фотоприемника наоснове сверхрешетки InSb i.JiiJInSb с длиной волны принимаемого излучения Я = 7 +11 мкм. Разработана конструкция квантового каскадного лазера на основе многослойной структуры GaSb i.JiiJGaSb, работающего на межуровневых переходах с длинами юлн генерации Л, = 4,5 мкм и Л^ = 8,9-5-13,8 мкм. Апробация работы Основные результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах в лаборатории физики полупроюдниюв ВИ(ф) ЮРГТУ (НПИ), на семинарах проблемной лаборатории физики ЮРГТУ (НПИ), на восьмой международной научно-технической конференции (Таганрог, 2002 г.), на международной конференции (Ульяновск, 2002 г.), на международной научной конференции (Иваново, 2002). Публикации и вклад автора По результатам исследований опубликовано 8 печатных работ, в которых
составов jc
электронного шектразасчетдобавленияновых энфгетических уровней.
составов х<0,03 имеет энфгетическии спектр с расщеплением уровней энфгии на
свфхрешетки ведет к смещению спектра в более длинноволновую область ИК-
излучения.
JiiJInSb и GaSb i.JiiJGaSb основывается на идее уменьшения времени юнтакга
переохлажценного раствора-расплава с подложкой за счет увеличения скорости
перемещения подложки относительно растворов-расплавов в ячейках
можно менять ее показательпропускания(отражения).Похожие диссертации на Гетероструктуры InSb_1-x Bi_x/InSb и GaSb_1-x Bi_x/GaSb с квантовыми ямами: технология получения и свойства
