Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Многокомпонентные висмутсодержащие твердые растворы А3 В5 , полученные в поле температурного градиента Алфимова Диана Леонидовна

Многокомпонентные висмутсодержащие твердые растворы А3 В5 , полученные в поле температурного градиента
<
Многокомпонентные висмутсодержащие твердые растворы А3 В5 , полученные в поле температурного градиента Многокомпонентные висмутсодержащие твердые растворы А3 В5 , полученные в поле температурного градиента Многокомпонентные висмутсодержащие твердые растворы А3 В5 , полученные в поле температурного градиента Многокомпонентные висмутсодержащие твердые растворы А3 В5 , полученные в поле температурного градиента Многокомпонентные висмутсодержащие твердые растворы А3 В5 , полученные в поле температурного градиента
>

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Алфимова Диана Леонидовна. Многокомпонентные висмутсодержащие твердые растворы А3 В5 , полученные в поле температурного градиента : диссертация ... кандидата технических наук : 05.27.06.- Новочеркасск, 2000.- 188 с.: ил. РГБ ОД, 61 00-5/2151-0

Введение к работе

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Разработка эффективных технологий получения совершенных полупроводниковых материалов и приборов на их основе является одной из важнейших составляющих современного развития электроники.

В оптоэлектронике все большую роль играю і мноюкомнонентные твердые растворы (МТР) на основе соединений A3BJ[1]. Узкозонные твердые растворы, изопериодные подложкам антимонида индия (InSb), перспективны в качестве высокочувствительной элементной ба?ы фотодетекторов в инфракрасной области спектра. Возрастающий интерес в полупроводниковых технологиях вызывают также широкпзониыг гетероструктуры на основе арсенида-фосфида галлия Это связано с их некоторыми уникальными свойствами, в частности, с наблюдающейся при определенных условиях эпитаксии автомодуляцией состава[2] На базе автомодулированных структур возможна разработка инжекционных излучателей нового поколения[3]. Однако известные из литературы методы технологии получения МТР. изопериодных подложкам InSb и GaP, имеют ряд существенных недостатков[4]. В этой связи решение технологических проблем получения элементной базы приборов, может быть достигнуто is результате поиска новых компонентов, внедрение которых в эпитакснальные слоя (ЭС) соответствующих МТР позволит компенсировать структурные и термодинамические несоответствия. В качестве одного из таких компонентов может быть применен висмут. Использование Ві в расплаве при кристаллизации МТР дает ряд преимуществ - прежде всего, может обеспечить высокую морфологическую еіяиильноеіь фронта кристаллизации, а также уменьшение плотности дефектов, вызванных отклонением от стехиометрии. Указанные преимущества наиболее эффективно могут быть реализованы в методе зонной перекристаллизации градиентом температуры (ЗПГТ)|5|. Этот метод характеризуется малым пересыщением на фронте кристаллизации, высокой изотермичностью и низкими значениями концентрационного переохлаждения, что позволяет выращивать совершенные эпитакснальные слои. Используя при ЗПТТ подпитку из твердого источника или из расплава, можно управлять распределением компонентов по толщине слоя и таким образом выращивать слои как варизонные, так и однородные по составу. Кроме этого, введение в рабочие слои висмута позволяет формировать заданную энергетическую структуру кристалла л управлять фотоэлектрическими характеристиками как узкозонных, так н широкозонных твердых растворов(б). К началу выполнения настоящей работы в литературе имелась ограниченная информация по исследованию

InGaAsSbBi[8], полученных методами жидкофазлой эпитаксии. Сообщений о получении висмутсодержащих МТР, изопериодных

фосфиду галлия, методом ЗПГТ не имелось вообще. Использование в рабочих слоях висмута для снижения дефектности многокомпонентной элементной базы, ограничивающей ее эксплуатационные возможности, рассматривается как перспективное направление всей технологии электронных материадов-бертоллндов (непрерывных твердых растворов). Поэтому тема диссертационной работы является актуальной с научной и практической точек зрения.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью работы является исследование висмутсодержащих многокомпонентных твердых растворов на основе антимонида индия и фосфида галлия, полученных из жидкой фазы в иоле температурного градиента, для улучшения параметров и характеристик существующих и разработки новых оптсэлектроиных приборов. Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

выбор и совершенствование методов получения слоев

висмутсодержащих твердых растворов ;

- теоретический анализ фазовых превращений в многокомпонентных
гетеросистемах ;

исследование метастабильных фаз в висмутсодержащих .многокомпонентных твердых растворах на основе антимонида индия и фосфида галлия;

- экспериментальные исследования кинетики роста висмутсодержащих
эпитаксиальных слоев на подложках InSb и GaP;

- анализ распределения компонентов в слоях МТР ln|.xGakSb|.vBi/lnSb,
liii-xGasASzSbbv.jBiyinSb, GaAsxPt.x/GaP и Ga^ln* ASvP|.y/GaP;

- анализ возможностей получения варизонных и однородных по составу
слоев в поле температурного градиента;

- исследование структурного совершенства полученных твердых
растворов;

- экспериментальное исследование фотоэлектрически и спектральных
характеристик многокомпонентных полупроводников, изопериодных InSb
и GaP и аозможностей их реализации в конструкциях оитоэлектронных
приборов.

  1. Разработана термодинамическая модель расчета фазовых равновесий в многокомпонентных Ві-содержащих сисіемах с учетом упругих напряжений, процессов упорядочения в твердых растворах и ассоциирования в жидкой фазе.

  2. Впервые исследованы закономерности ЗПГТ в системах Ga-ln-Sb-Bi, Ga-As-P-Bi и Ga-ln-As-P-Bi с использованием растворителя на основе Ga-Bi, In-Bi.

  3. Обнаружен эффект формирования сверхрешеточной (- 100 G) структуры при кристаллизации Ві-содержащих многокомпонентных твердых раствороа в режиме осциллирующею движения межфазных ітзаниц.

  1. Исследовано влияние висмута на структурное совершенство эпитаксиальных слоев МТР АЛВ5, выращенных в поде температурного градиента (развитие дислокаций, локальных макродефектов, микровключений).

  2. Установлена роль висмута в формировании электрофизических и фотолюминесцентных свойств узкозонных гетероструктур GalnSbBi/InSb и широкозонных твердых растворов GaAsPBi/GaP.

  1. В гетеросистеме Ga-ln-As-Sb-Bi в поле температурного градиента воспроизводимо кристаллизуются твердые растворы ]ti|_xGavAszSl)i-.,-,Ви /lnSb с содержанием х < 0.3, у < 0.03, z < 0.05. 8 системе Ga-In-As-P-Bi возможна кристаллизация твердых растворов (ia|.4!i\ AsJV ,./'GaP с содержанием х < 0.06. у < 0.4 и уровнем легирования Bi до X и: =0.12 мол. %.

  2. При определенных технологических условиях процесса ЗПГТ R системе Ga-As-P-Bi возможно формирование сверхрешеточных гетероструктур, образованных упорядоченным чередованием областей с разным знаком упругих напряжений.

  3. Предложенное термодинамическое описание фазовых превращении, основанное на точечной аппроксимации квазихимического приближения регулярных растворов позволяет определить исходные данные для получения требуемых составов эпитаксиальных слоев.

  4. Скорость роста эпитаксиальных слоев Ві-содержащих твердых растворов снижается с ростом содержания As за счет уменьшения кинетических и диффузионных параметров процесса. Увеличение содержания Ві в жидкой фазе ведет к увеличению скорости роста вследствие уменьшения теплопроводности расплава.

  5. При концентрациях висмута в расплаве 45+60 мол. % понижается плотность дислокаций на гетерогранице и в слое.

  6. Спектральный диапазон люминесценции твердых растворов Ga|.xlnx AsjPi-^BWGaP (1,38-М,85 эВ) шире соответствующего диапазона( 1,45-И ,7 эВ) структур, не легированных висмутом. Наличие Ві в структурах, выращенных на подложках антимонида индия, приводит к смешению максимума люминесценции н инфракрасную область спектра.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ: 1. Выращены варизонные слои InGaSbBi и InGaAsSbBi с убывающим содержанием мышьяка толщиной до 200 мкм, а также однородные слои пятнкомпонеитных твердых растворов (ПТР) InGaAsSbBi толщиной до 150 мкм, пригодные в качестве фоточувствительных элементов оптоэлектронных устройств в диапазоне 7+14 мкм. На подложках GaP вырашены эпитаксиальные пленки GaAsP и GainAsP^Bp толщиной до 15 мкм, легированные висмутом (п < 5-Ю s см"), которые могут

использоваться для разработки фотоприемных устройств и светодиодов в видимой и ближней инфракрасной области.

2. Разработана технология выращивания узкозонных и широкозонных Bi-
содсржащнх гетероструктур А"'В5 из жидкой фазы в ноле температурного
градиента Сконструирована кассета поршневого типа для получения
МТР с Ві-содержашим растворителем, позволяющая многократно
использовать расплав в технологическом процессе ЗПГТ.

  1. Разработан инжекционный излучатель на основе гетероструктуры GaAsP/GaP. Расчетное значение силы света - не менее 2 мкд при токе 10 мА.

  2. Разработана принимающая гетероструктура GalnSbBi/InSb. Длина волны принимаемого излучения - 12.5 мкм, максимум пороговой чувствительности - 8-Ю"2 Вт при соотношении енгнал'шум = 10 (значение этого параметра для лабиринтных фотоприемников на основе InSb составляет 10"" Вт[9]), время спада импульса фотоответа (от 0.9 до 0.1 1.,,,х) - 1,5 пс (~ 5 не для аналогичных фотодетекторов) при подаче отрицательного смещения 5В.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных научно-технических конференциях (Unteimolecular Interactions in Matter Gdansk. - Poland, 1997 г., 2ni Polish-German Workshop for mechatronics. ilmenay. Germany May. 14-15, 1998. - Ilmenay, 1998, "Современные проблемы машиноетроения"-Севастополц 1997,1998 и 1999 гг.) Всероссийских конференциях с международным участием, "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники"(Таганрсг, 1997, 1998 и 1999 гг). Третьей международной конференции "Рост монокристаллов, проблемы прочности и тепломассоперенос" (Обнинск, 1999 г.), Международной конференции "Физические

процессы в неупорядоченных полупроводниковых структурах" (Ульяновск, 1999 г. ) межвузовских научно-технических конференциях, а также на конференциях, совещаниях, семинарах лаборатории физики полупроводников ВИ ІОРІТУ и кафедры физики ЮРГТУ.

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам диссертации опубликовано 29 печатных работ, в которых полностью изложены ее основные положения.

ОБЪЕМ РАБОТЫ И ЕЕ СТРУКТУРА Настоящая работа состоит из введения и пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений, содержит ^^С'Страниц машинописного текста, иллюстраций, р таблиц. Библиография включает наименований.

Похожие диссертации на Многокомпонентные висмутсодержащие твердые растворы А3 В5 , полученные в поле температурного градиента