Синтез гетероструктур AlGaInSbP/InP(100) из раствора-расплава методом зонной перекристаллизации градиентом температуры и их свойства

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методом зонной перекристаллизации градиентом температуры впервые синтезированы пятикомпонентные твердые растворы AlGaInSbP на подложке InP. Выполнен термодинамический анализ выращенных твердых растворов, определен состав, кристаллическое совершенство, а также измерены спектры фотолюминесценции. Термодинамический анализ твердых растворов AlxGayIn1–x–ySbzP1–z показал, что при 0.01 ≤ x ≤ 0.3, 0.0 ≤ y ≤ 1.0 и 0.0 ≤ z ≤ 0.6 они являются изопериодическими. В области составов 0.0 ≤ x ≤ 0.1, 0.0 ≤ y ≤ 1.0 и 0.2 ≤ z ≤ 0.7 твердый раствор склонен к спинодальному распаду. Методами линейной интерполяции рассчитаны параметры гетерофазных равновесий в системе AlxGayIn1–x–ySbzP1–z –InP в приближении регулярных растворов и выявлены области составов прямозонных (Г8→Г5) переходов при x = 0.1, 0.0 ≤ y ≤ 0.9, 0.0 ≤ z ≤ 1.0 и непрямозонных (Г8→X5) переходов при x = 0.1, 0.5 ≤ y ≤ 0.9, 0.0 ≤ z ≤ 0.7. Установлено, что в температурном интервале 773 ≤ T ≤ 973 K, градиентах температуры 10 ≤ G ≤ 80 K/см, толщине жидкой зоны 100 ≤ l ≤ 300 мкм эпитаксиальные слои AlGaInSbP имели шероховатость ~6 нм и высокое кристаллическое совершенство (BH/2 ≈10″).

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Л. С. Лунин

Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук; Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова

Автор, ответственный за переписку.
Email: lunin_ls@mail.ru
Россия, Чехова пр., 41, Ростов-на-Дону, 344006; ул. Просвещения, 132, Новочеркасск, 346428

М. Л. Лунина

Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук; Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова

Email: lunin_ls@mail.ru
Россия, Чехова пр., 41, Ростов-на-Дону, 344006; ул. Просвещения, 132, Новочеркасск, 346428

А. В. Донская

Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова

Email: lunin_ls@mail.ru
Россия, ул. Просвещения, 132, Новочеркасск, 346428

Список литературы

  1. Jung B.O., Lee W., Kim J. Enhancement in External Quantum Efficiency of AlGaInP Red μ-LED Using Chemical Solution Treatment Process // Sci. Rep. 2021. V. 11. № 1. P. 1–9. https://doi.org/10.1038/s41598-021-83933-3
  2. Yadan X., Ruping L., Liang M., Dan L., Yankun Y., Guozhang D., Qiang W. Fabrication of GaInPSb Quaternary Alloy Nanowires and Its Room Temperature Electrical Properties // Appl. Phys. A. 2016. V. 123. № 1. P. 1–6. https://doi.org/10.1007/s00339-016-0590-x
  3. Нгуен Т.Д., Ким Д.О., Ли С.Д. Выращивание соединений InGaAsSb/GaSb для инфракрасных оптоэлектронных приборов // Конденсированные среды и межфазные границы. 2022. Т. 24. № 2. С. 250–255. https://doi.org/10.17308/kcmf.2022.24/9265
  4. Shoji Y., Oshima R., Makita K., Ubukata A., Sugaya T. 1.5 eV GaInAsP Solar Cells Grown Via Hydride Vapor‐Phase Epitaxy for Low‐Cost GaInP/GaInAsP/Si Triple‐Junction Structures // Adv. Energy Sustainability Res. 2023. V. 4. № 5. P. 2200198. https://doi.org/10.1002/aesr.202370010
  5. Бабичев А.В., Гладышев А.Г., Дюделев В.В., Карачинский Л.Я., Новиков И.И., Денисов Д.В., Слипченко С.О., Лютецкий А.В., Пихтин Н.А., Соколовский Г.С., Егоров А.Ю. Гетероструктуры квантово-каскадных лазеров спектрального диапазона 4.6 μm для реализации непрерывного режима генерации // ПЖТФ. 2020. Т. 46. № 9. С. 35–38. https://doi.org/10.21883/PJTF.2020.09.49371.18243
  6. Айдаралиев М., Зотова Н.В., Карандашев С.А., Матвеев Б.А., Ременный М.А., Стусь Н.М., Талалакин Г.Н., Шустов В.В., Кузнецов В.В., Когновицкая Е.А. Изопериодные структуры GaInPAsSb/InAs для приборов инфракрасной оптоэлектроники // ФТП. 2002. Т. 36. Вып. 8. С. 1010–1015.
  7. Шмидт Н.М., Шабунина Е.И., Черняков А.Е., Иванов А.Е., Тальнишних Н.А., Закгейм А.Л. Температурное падение эффективности мощных синих InGaN/GaN-светодиодов // ПЖТФ. 2020. Т. 46. № 24. С. 45–48. https://doi.org/10.21883/PJTF.2020.24.50429.18512
  8. Мармалюк А.А., Иванов А.В., Курносов В.Д., Курносов К.В., Ладугин М.А., Лобинцов А.В., Падалица А.А., Романцевич В.И., Рябоштан Ю.Л., Сапожников С.М., Светогоров В.Н., Симаков В.А. Полупроводниковые лазеры на основе AlGaInAs/InP с повышенным электронным барьером // Квантовая электроника. 2019. Т. 49. № 6. С. 519–521.
  9. Бугге Р., Мюрвогнес Й. Способ эпитаксиального выращивания границы раздела между материалами из III-V групп и кремниевой пластиной, обеспечивающий нейтрализацию остаточных деформаций: Патент РФ № 2696352C2. 2015.
  10. Svensson S.P., Mahadik N.A., Kipshidze G., Donetski D., Zhao J., Belenky G. Review of Virtual Substrate Technologies for 6.3 Ångström Lattice Constants // J. Vac. Sci. Technol., A. 2023. V. 41. № 4. P. 040802. https://doi.org/10.1116/6.0002715
  11. Vurgaftman I., Meyer J.R., Ram-Mohan L.R. Band Parameters for III–V Compound Semiconductors and Their Alloys // J. Appl. Phys. 2001. V. 89. № 11. P. 5815–5875. https://doi.org/10.1063/1.1368156
  12. Гусейнов Р.Р., Танрывердиев В.А., Kipshidze G., Алиева Е.Н., Алигулиева Х.В., Абдуллаев Н.А., Мамедов Н.Т. Гетероэпитаксиальные структуры InAs1−xSbx на градиентных буферных слоях GaInSb и AlGaInSb // ФТП. 2017. Т. 51. Вып. 4. C. 551–557. http://doi.org/10.21883/FTP.2017.04.44351.8401
  13. Ludewig P., Bushell Z.L., Nattermann L., Knaub N., Stolz W., Volz K. Growth of Ga(AsBi) on GaAs by Continuous Flow MOVPE // J. Cryst. Growth. 2014. V. 396. P. 95–99. http://dx.doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2014.03.041
  14. Sterzer E., Knaub N., Ludewig P., Straubinger R., Beyer A., Volz K. Investigation of the Microstructure of Metallic Droplets on Ga(AsBi)/GaAs // J. Cryst. Growth. 2014. V. 408. P. 71–77. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2014.09.006
  15. Лозовский В.Н. Зонная плавка с градиентом температуры. М.: Металлургия, 1972. 240 с.
  16. Малышев С.А. Высокоскоростные фотодиоды на гетероструктурах на основе арсенида галлия и фосфида индия: Дис. … докт. физ-мат. наук. Минск: Ин-т физики им. Б.И. Степанова НАН Беларуси, 2010. 205 с.
  17. Лозовский В.Н., Лунин Л.С., Попов В.П. Зонная перекристаллизация градиентом температуры полупроводниковых материалов. М.: Металлургия, 1987. 232 с.
  18. Лозовский В.Н., Лунин Л.С. Пятикомпонентные твердые растворы соединений AIIIBV. Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского ун-та, 1992. 193 с.
  19. Лозовский В.Н., Лунин Л.С., Благин А.В. Градиентная жидкофазная кристаллизация многокомпонентных полупроводниковых материалов. Ростов-на-Дону: СКНЦ ВШ, 2003. 376 с.
  20. Кузнецов В.В., Лунин Л.С., Ратушный В.В. Гетероструктуры на основе четверных и пятерных твердых растворов соединений AIIIBV // Ростов-на-Дону: СКНЦ ВШ, 2003. 376 с.
  21. Алфимова Д.Л., Лунин Л.С., Лунина М.Л., Казакова А.Е., Пащенко А.С., Чеботарев. Синтез и свойства гетероструктур InxAlyIn1–x–y PzAs1–z/GaAs // Неорган. материалы. 2017. Т. 53. № 12. С. 1245–1256. https://doi.org/10.7868/S0002337X17120016
  22. Лунина М.Л., Лунин Л.С., Калинчук В.В., Казакова А.Е. Тонкопленочные гетероструктуры InxAlyGa1–x–yAszSb1–z/GaSb, выращенные в поле температурного градиента // ФТТ. 2018. Т. 60. № 5. С. 888–896. https://doi.org/10.21883/FTT.2018.05.45782.252
  23. Благин А.В., Валюхов Д.П., Лунин Л.С., Пигулев Р.В., Хабибулин И.М. Масс-спектрометрическое исследование гетероструктуры GaInPAsSb/GaSb // Неорган. материалы. 2008. Т. 44. № 8. С. 903–905.
  24. Лунин Л.С., Лунина М.Л., Алфимова Д.Л., Пащенко А.С., Яковенко Н.А., Пащенко О.С. Варизонные гетероструктуры AlxInyGa1–x–yPzAs1–z/ GaAs для фотоэлектрических преобразователей // ПЖТФ. 2021. Т. 47. № 20. С. 27–30. https://doi.org/10.21883/PJTF.2021.20.51610.18907

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Концентрационные зависимости AlxGayIn1–x–y SbzP1–z/InP(100) изопериодических линий (пунктиром обозначены области составов, подверженных распаду; цифры – содержание алюминия в твердом растворе).

Скачать (106KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Концентрационные зависимости ширины запрещенной зоны Eg(x, y, z) гетероструктуры AlxGayIn1–x–y SbzP1–z/InP(100) (пунктиром обозначены области составов, подверженных распаду; цифры – содержание Al (x), z = 0.2, ▲ – экспериментальные данные).

Скачать (90KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Области составов прямозонных Г–Г (1) и непрямозонных Г–X (2) переходов в твердых растворах Al0.1GayIn0.9–ySbzP1–z; область составов (3) соответствует твердым растворам, согласованным по КТР (δα ≤ 5%).

Скачать (126KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Области спинодального распада твердых растворов AlxGayIn1–x–ySbzP1–z (цифры указывают концентрацию алюминия (x); заштрихованная часть соответствует области спинодального распада твердого раствора при рассогласовании по КТР δα ≈ 0.1%).

Скачать (185KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Профиль распределения компонентов по глубине эпитаксиального слоя AlxGayIn1–x–ySbzP1–z, полученный оже-спектроскопией.

Скачать (99KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимости скорости синтеза твердого раствора Al0.1Ga0.2In0.7Sb0.2P0.8 на подложке InP(100) от толщины зоны l при Сж0 = 0.3 (1) и 0.1 мол. доли (2), градиента температуры G (3) и температуры (4).

Скачать (125KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Типичные дифрактограммы гетероструктур Al0.1Ga0.2In0.7Sb0.2P0.8/InP(100) при различных параметрах процесса: а – T = 823 K, l = 200 мкм, G = 20 (1), 40 (2), 60 K/см (3); б – T = 823 K, G = 10 K/см, l = 20 (1), 200 (2), 350 мкм (3); в – зависимость BH/2(l).

Скачать (481KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Спектры ФЛ гетероструктур Ga0.2In0.8P/InP(100) (1), Ga0.2In0.8Sb0.2P0.8/InP(100) (2), Al0.1Ga0.2In0.7Sb0.2P0.8/InP(100) (3).

Скачать (79KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024