Получение и исследование свойств висмутсодержащих многокомпонентных твердых растворов на основе соединений А3В5

Лисицын, Сергей Викторович

Получение и исследование свойств висмутсодержащих многокомпонентных твердых растворов на основе соединений А3В5 тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Лисицын, Сергей Викторович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Ставрополь МЕСТО ЗАЩИТЫ

2003 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.07 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Получение и исследование свойств висмутсодержащих многокомпонентных твердых растворов на основе соединений А3В5»

Автореферат диссертации на тему "Получение и исследование свойств висмутсодержащих многокомпонентных твердых растворов на основе соединений А3В5"

На правах рукописи

ЛИСИЦЫН СЕРГЕЙ ВИКТОРОВИЧ

ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ВИСМУТСОДЕРЖАЩИХ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЙ А3В5

Специальность 01.04.07 - «Физика конденсированного состояния»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ставрополь - 2003

Работа выполнена на кафедре физики Северо-Кавказского государственного *

технического университета ^

Научный руководитель доктор химических наук, профессор

ВАЛЮХОВ ДМИТРИЙ ПЕТРОВИЧ

Официальные оппоненты заслуженный деятель науки Российской

федерации, чл.-кор. Российской Академии Электротехнических Наук 1

доктор физ.-мат. наук, профессор РЕМБЕЗА СТАНИСЛАВ ИВАНОВИЧ

I I

кандидат физ.-мат. наук, доцент АСКАРЯН ТИГРАН АМЛЕТОВИЧ

Ведущая организация НИИ Физики Ростовского

государственного университета

Защита состоится «21» ноября 2003 года в 12°° часов на заседании диссертационного Совета Д.212.245.06 по защите диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук при СевероКавказском государственном техническом университете по адресу: 355029, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Северо-Кавказского государственного технического университета

Автореферат разослан 20 октября 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета / В.И. Наац

I Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования

Одной из важнейших составляющих современного развития электроники является разработка теоретических представлений и эффективных технологий получения совершенных полупроводниковых материалов и приборов на их основе. Возрастающую роль в оптоэлектронике играют многокомпонентные твердые растворы (МТР) на основе соединений А3В5 [1]. Интерес к ним вызван возможностью формирования структурно совершенных гетеропереходов за счет одновременного согласования параметров решетки и коэффициентов термического расширения сопрягающихся материалов, а также увеличением степеней свободы твердых растворов, позволяющим синтезировать элементную базу приборов с заданными свойствами.

Для решения ряда проблем, связанных с технологией получения твердых растворов на основе ГпЭЬ и СаАв или йаР, одним из путей является внедрение нового компонента в эгпггаксиальные слои, которое позволяет компенсировать структурные и термодинамические несоответствия. В качестве одного из таких компонентов применяют в последнее время висмут.

Наличие висмута в расплаве позволяет обеспечить высокую морфологическую стабильность фронта кристаллизации и уменьшить плотность дефектов, а также дает возможность формировать заданную энергетическую структуру кристалла и управлять фотоэлектрическими характеристиками твердых растворов. Указанные преимущества наиболее эффективно могут быть реализованы в условиях метода зонной перекристаллизации градиентом температур (ЗПГТ).

Метод ЗПГТ наиболее технологичен среди жидкофазных эпитаксиальных методов, так как он обладает высокой равновесностью процесса, позволяет использовать подпитку растущего кристалла и получать эпитаксиальные слои с заданным распределением компонентов как варизонные, так и однородные по составу.

По экспериментальным исследованиям висмутсодержащих гетероструктур в литературе имелась крайне скудная информация, об исследовании методами оже-электронной (ОЭС) и фотоэлектронной (РФЭС) спектроскопии вообще нет. Поэтому диссертационная работа является актуальной и представляет интерес, как с точки зрения применения метода ЗПГТ для выращивания МТР на основе висмута, так и с практической точки зрения.

Цель и задачи диссертационного исследования

Целью работы является получение новой группы полупроводниковых твердых растворов соединений А1 Ву методом зонной перекристаллизации градиентом температуры, а также комплексное теоретическое и экспериментальное исследование свойств висмутсодержащих гетероструктур. Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

- расчет фазовых равновесий на основе модели регулярных растворов в квазихимическом приближении;

- выбор и разработка технологии выращивания висмутсодержащих четырехкомпонентных гетероструктур;

- разработка математической модели построения фазовых диаграмм МТР на основе соединений А3В5;

- расчет и экспериментальное построение поверхностей ликвидус и солидус четырехкомпонентных гетероструктур;

- исследование структурного совершенства полученных твердых растворов методами ЭОС и РФЭС с применением послойного травления;

- построение карты изобат для прогнозирования процесса кристаллизации полученных гетероструктур.

Научная новизна диссертационного исследования

1. Разработана термодинамическая модель расчета фазовых равновесий многокомпонентный твердый раствор - многокомпонентный жидкий раствор с использованием квазихимического приближении регулярных растворов применительно к условиям выращивания эпитаксиальных слоев в поле температурного градиента.

2. На основе полученных уравнений фазового равновесия построены математические уравнения линий и поверхностей ликвидус и солидус для МТР.

3. Впервые построены и исследованы поверхности ликвидуса и солидуса системы ТгЮаЗЬВ! методом минимума энергии Гиббса. Предложен оптимальный состав для получения совершенных структур на основе висмута.

4. Теоретически и экспериментально исследованы фазовые диаграммы гетеросистемы ЬЮаЗЬВИпЗЬ в температурном диапазоне 6001000 К.

5. Получены методом ЗПГТ и исследованы поверхностно-чувствительными методами (оже- и фотоэлектронной спектроскопии ) новые четырехкомпонентные твердые растворы 1пСа8ЬВ1 на подложках ЫБЬ. Совместное применение данных методов позволило однозначно предсказать тенденцию кристаллизации твердых растворов 1пСа5ЬВ1

Практическая значимость результатов исследования

1. Представленная в диссертационной работе методика расчета гетерогенных равновесии, а также компьютерное моделирование эксперимента позволяют прогнозировать результаты эпитаксии многокомпонентных твердых растворов соединений АШВУ, проводить корректировку и оптимизацию технологического процесса формирования полупроводниковых гетероструктур.

2. Разработана методика построения поверхностей ликвидус и солидус, а также карт изотерм поверхности и изобат энергии Гиббса

системы, позволяющие однозначно определять оптимальный состав гетероструктур для получения идеальных твердых растворов с заданными фотоэлектрическими свойствами.

3. Даны четкие рекомендации по составу и условиям эпитаксии четырехкомпонентного твердого раствора 1пСа8ЬВь Показан механизм влияния висмута на формирование гетероструктур и их свойства.

4. Разработан программный комплекс для получения и обработки фотоэлектронных спектров, значительно улучивший работу спектрометра СЭР-1.

5. Получены экспериментальные результаты, позволяющие прогнозировать процесс кристаллизации твердых растворов во время эпитаксиального роста пленок на подложках соединений А3В5.

Достоверность научных положений и результатов исследования

Достоверность результатов обеспечивается использованием хорошо зарекомендовавших себя аналитических и численных методов математики, физики, физической химии, строгой обоснованностью приближений в описанта моделей твердого раствора, использованием поверхностно-чувствительных методов исследования (оже- и фотоэлектронной спектроскопии), согласованием экспериментальных результатов с предсказанными теоретически.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Термодинамическое описание фазового равновесия на основе модели квазирегулярных растворов, основанное на квазихимическом приближении регулярных растворов, которое позволяет определить исходные данные для получения твердых растворов требуемых составов методом ЗПГТ.

2. Способ эпитаксии из жидкой фазы в поле температурного градиента, позволяющий получать висмутсодержащие четырехкомпонентные твердые растворы 1пОа8ЬВ'1 на подложках ТпЗЬ с заданным распределением компонент и высоким кристаллическим совершенством гетероструктуры.

3. Математическая модель построения линий и поверхностей солидуса и ликвидуса на основе уравнений, описывающих фазовые равновесия в многокомпонентных гетероструктурах.

4. Методика построения карты изобат, позволяющая прогнозировать выделение закристаллизовывающихся фаз в процессе роста пленки на подложке, показывающая возможность теоретического предсказания процесса кристаллизации МТР.

Апробация и внедрение результатов исследования

твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» (Кисловодск, 2001, 2002, 2003 гг..), на девятой и десятой научно-технических конференциях с участием зарубежных специалистов «Вакуумная наука и техника» (Судак, 2002, 2003 гг..), XXXI и XXXII научно-технических конференциях СевкавГТУ по результатам работы ППС, аспирантов и студентов (Ставрополь 2001,2003).

Работа проводилась в рамках научного направления, принятого на кафедре: «Исследование межфазных границ раздела в системах различной химической природы» номер договора С53/31.

Публикации

По результатам исследований опубликовано 15 печатных работ, в которых изложены основные положения диссертации, в том числе 12 статей, из них 3 опубликованы в реферируемых изданиях, а именно: 2 статьи в Известиях Вузов, Северо-Кавказский регион. Технические науки, г. Новочеркасск; 1 статья в Известиях Вузов «Физика», Томск. Основные результаты работы получены автором самостоятельно.

Структура и объем работы

Диссертация изложена на 171 печатной странице текста, состоит из введения, четырех глав, заключительных выводов, списка используемой литературы из 172 наименований и трех приложений. Диссертация содержит 38 рисунков и 14 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении дается краткая характеристика работы, в частности, обосновывается актуальность темы, цель и задачи исследования, новизна работы, научная и практическая ценность, перечисляются основные положения, выносимые на защиту, отмечается апробация работы и ее достоверность.

Глава 1 содержит обзор литературных источников, имеющих на взгляд автора, отношение к тематике диссертации, а также содержащих данные по особенностям и свойствам твердых растворов соединений А3В5. Рассмотрены особенности висмутсодержащих структур, их свойства и возможности применения. Особое внимание уделено описанию имеющихся моделей для расчета фазовых равновесий в гетероструктурах соединений А3В5. Рассмотрены особенности и возможности методов получения структур. Показаны преимущества методов жидкостной эпитаксии, в частности, метода зонной перекристаллизации градиентом температур. Рассмотрены экспериментальные методы, используемые для проведения исследования твердых растворов. Показана целесообразность применения методов электронной оже-спектроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.

Глава 2 посвящена описанию термодинамической модели фазового равновесия МТР.

Экспериментальные построения фазовых равновесий сопряжены с большими трудностями, поэтому весьма важны теоретические исследования равновесий между жидкой и твердой фазами при получении многокомпонентных твердых растворов. Для описания многокомпонентных жидких растворов наиболее широко используется модель регулярных растворов. Однако не все растворы можно представить в виде регулярной смеси бинарных компонентов. Появилась необходимость учета более высоких форм взаимодействия в твердом растворе, появились модели, в основу которых положено квазихимическое приближение регулярных растворов [2, 3, 4], а при моделировании жидкой фазы используются представления ассоциирования пересыщенного расплава.

В случае тройной системы, в которой возможно образование двух стехиометрических бинарных соединений, условие равновесия фаз могут быть представлены в виде:

хаМА+ХсМЬ=Оас(Т1 ■ (])

хБМв +хсМс =°вс(т)

В общем случае можно предположить, что подобные твердые растворы не являются идеальными и поэтому для учета отклонения от идеальности необходимо ввести в рассмотрение коэффициенты активности компонентов в твердой фазе.

Уравнение для химического потенциала бинарного компонента можно записать в виде:

М1 = „Г + ЯТ1п{гХ), (2)

где , - коэффициент активности в квазибинарном твердом растворе.

Химический потенциал чистого бинарного компонента можно выразить через энтропию и температуру его плавления, разность теплоемкостей в твердой и жидкой фазах и химические потенциалы элементов в жидкой фазе стехиометрического состава:

5„Л,(Г„„-Г) (3)

В итоге для рассматриваемого случая тройной системы, были получены уравнения, описывающие равновесие твердой и жидкой фаз:

ехр{^ЧГплАС-Т]\ = г:сх1с, ГА УС I КТ J (4)

^стуст ХВХС ехр| ^ С [^плВС ~ = Увсхвс

Как видно из уравнений (4), для расчета фазовых равновесий необходимо знать такие данные по двойным системам, как энтропия и температура плавления бинарных соединений и коэффициенты активности бинарных компонентов в тройном твердом растворе. В общем виде, зависимость между коэффициентами активности т - компонентного раствора

и параметрами взаимодействия в двойных системах в рамках модели простых растворов была предложена Джорданом:

т т т , *

+ И К(5)

у=1 *=1 у=1

В случае твердой фазы использовать уравнение (5) нельзя, так как для линейных соединений подразумевается, что активность чистого бинарного соединения равна единице. Одним из возможных путей определения коэффициентов активности бинарных компонентов в твердой фазе является использование экспериментальных данных по положению линий ликвидуса и солидуса в тройной системе.

Методика термодинамических расчетов, рассмотренная для случая тройных систем элементов третьей и пятой групп, может быть распространена на четверные и пятерные системы. В этом случае жидкая фаза также рассматривается как простой раствор. Однако при образовании твердой фазы возможны два варианта. В первом случае смешение составляющих твердого раствора происходит только в одной подрешетке и при рассмотрении образуемого твердого раствора применяется методика аналогичная, методике более простых систем. В этом случае состав твердого раствора однозначно определяют концентрации условных компонентов твердого раствора бинарных соединений. Если в четверной или пятерной системе в твердой фазе происходит смешение элементов в двух подрешетках, то для расчетов можно применять методики, предложенные в работах [2] и [5]. Отличительной особенностью подобных твердых растворов является неоднозначное определение мольных долей бинарных компонентов. Дополнительные уравнения в этих работах получены из условия минимума свободной энергии системы в состоянии термодинамического равновесия.

Для четырехкомпонентной системы вида Ai.xBxCi.yDy, уравнения, описывающие равновесие твердой и жидкой фаз, можно записать в виде:

ЯТ 1п(ГАГс)+ Ж \п(хАхс) = ЯТ + ^ - СГАс ~ П

. КТ\п(уАув)+ КТ\п{хАх0)= - Г) (6)

ЯТ 1п(гвУс)+ ЯТ 1п(хйхс) = ЯТ+ ^ - Д5ЙС{Твс - Т\

1 — ХА — Хд — хс = Хр .

Решая данную систему уравнений методом Ньютона, можно получить состав начальной шихты, для получения гетероструктур с заданными свойствами.

В третьей главе описано аппаратурное оформление процесса ЗПГТ и методика получения четырехкомпонентных твердых растворов. Проведен анализ методов оже-электронной и фотоэлектронной спектроскопии с описанием спектрометров и их возможностей.

Метод ЗПГТ заключается в последовательной перекристаллизации частей твердого тела жидкой зоной, движущейся под действием градиента температуры [6]. Размер и форма жидкой зоны определяются геометрией объема, в котором находится растворитель, и практически не зависят от особенностей нагревательной системы. Технологический процесс получения полупроводниковых эпитаксиальных пленок методом зонной перекристаллизации в поле температурного градиента проводился на установке промышленного типа "Радуга". Установка для проведения ЗПГТ включает в себя блок питания и управления, силовой блок и реакционную камеру, охлаждаемую водой. Блок питания предназначен для обеспечения установки электроэнергией, регулирования температуры и температурного градиента в печи. Для задания автоматического режима нагрева служит ЭВМ, а для точного поддержания температуры при заданном температурном градиенте служит блок высокоточного регулирования температуры (ВРТ).

Внутри реакционной камеры находится специально сконструированный нагревательный узел горизонтального типа, с помощью которого можно получать температурный градиент, как в одном, так и в обратном направлении.

В зависимости от технологии получения многокомпонентных гетероструктур применялись рабочие кассеты различных конструкций. С помощью кассет можно было проводить такие технологические циклы: гомогенизацию расплава, термическое травление подложки, принудительное вдавливание расплава в "сэндвич". В конструкции кассеты предусматривалась возможность варьирования толщины жидкой зоны. Кассета позволяет проводить гомогенизацию расплава при высоких температурах.

Процесс гомогенизации был полностью автоматизирован и управлялся, как и сам процесс выращивания эпитаксиальных слоев, с помощью ЭВМ.

Для изучения поверхностных явлений необходимо применение чувствительных методов. Одним из наиболее тонких методов является метод оже-электронной спектроскопии. Энергия оже-электрона определяется энергиями связи соответствующих атомных уровней данного элемента. Таким образом, для каждого элемента существует определенный, характерный только для этого элемента, набор энергий оже-электронов. Этот факт служит основой качественного элементного анализа поверхности методом электронной оже-спектроскопии. По характерному набору пиков в энергетическом спектре оже-электронов идентифицируют элементный состав исследуемого вещества. Для идентификации элементов используют атласы оже-спектров, такие, например, как [7], в котором приведены оже-спектры чистых элементов и некоторых соединений, измеренные в стандартных условиях.

Наличие большого числа пиков, по крайней мере, часть из которых достаточно интенсивна, делает метод ЭОС перспективным не только для качественного, но и количественного определения элементного состава поверхностных слоев. Обоснованием возможности количественного анализа

методом ЭОС служит тот факт, что выход оже-электронов и, следовательно интенсивность соответствующего оже-пика, пропорциональны атомной концентрации данного элемента на поверхности. Сочетание методов оже-спектроскопии и ионного распыления позволяет получать распределение различных компонентов по глубине (химические профили).

Технические характеристики оже-спектрометра ЭСО-3:

1. Энергетическое разрешение, измеренное на упругом пике, не более 0,3 %.

2. Диапазон энергий первичных электронов, определяемый ускоряющим напряжением электронной пушки, от 500 до 5000 эВ.

3. Наименьший диаметр пучка электронной пушки 3 мкм при токе пучка не менее 10'8 А.

4. Диапазон измеряемых энергий электронов от 0 до 5000 эВ.

5. Спектрометр обеспечивает получение изображения образца во вторичных, поглощенных и оже-электронах.

6. Предельное остаточное давление в вакуумной камере не более 5*Ю"|0ммрт. ст.

Другим методом исследования поверхности является метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Он основан на явлении внешнего фотоэффекта, суть которого состоит в том, что под действием света из вещества выбиваются электроны (фотоэлектроны). Последние имеют определенную кинетическую энергию Ек, величина которой зависит от энергии квантов возбуждающего света Ау.

Так как каждый химический элемент обладает своей энергией связи, то метод РФЭС позволяет с большой точностью определять не только наличие элемента в исследуемом образце, а также идентифицировать химическое соединение. Этот факт делает данный метод привлекательным для исследования поверхности и распределения элементов в объеме образца. Чувствительность данного метода определяется наличием примесей до 1 %.

Для получения сведений по глубине образца в РФЭС применяют методику ионного распыления, аналогичную, описанной для ЭОС.

Для улучшения работы спектрометра был разработан комплекс программного обеспечения по получению и обработки спектров. Программное обеспечение позволяет осуществлять предварительную подготовку аппаратуры, снятие фотоэлектронного спектра, обработку, качественный и количественный анализ данных РФЭС.

Полученные пики можно сохранить как в графическом, так и в математическом виде для дальнейшего использования.

В четвертой главе представлены результаты теоретического и экспериментального исследований твердых растворов соединений А3В5; представлены распределения компонентов в твердых растворах по глубине, полученные методами ЭОС и РФЭС; построены поверхности ликвидус и солидус, а также карты изотерм поверхностей и изобат энергии Гиббса системы 1пОа8ЬВь Представлены выводы и рекомендации по данному твердому раствору.

Для получения идеальных гетероструктур необходимо знание фазового равновесия, а также точного положения поверхностей ликвидус и солидус многокомпонентной системы. В настоящий момент такие данные отсутствуют. Поэтому разработке технологии получения гетероструктур должен предшествовать расчет названных поверхностей.

В соответствии с общей теорией расчета фазовых равновесий линия ликвидус бинарного соединения может быть построена как ряд значений температур, являющихся функциями от содержания компонентов из равенства:

ХАС:+ХвС1+ХА-Хв-алв-С'Л8= 0. (7)

В табл. 1 приведены заданные содержания Х[„ и вычисленные из (7) значения температур. При этом взято Хбь =1 - Х^.

Табл. 1. - К расчету линии ликвидус системы 1п8Ь

Х1„, мол. доля 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2

Т,К 629 710 760 789 798 789 760 710

Из табл. 1. видно, что линия ликвидус, вычисленная в предположении кристаллизации 1п8Ь, представляет собой симметричную колоколообразную кривую, что и должно быть в соответствии с теорией регулярных растворов.

На рис. 1 показана линия ликвидус (сплошная линия), построенная по данным табл.1 и, для сравнения, экспериментальная кривая, взятая из

литературных источников.

Из рисунка видно, что расхождение между

вычисленными и

экспериментальными значениями для доэвтектических расплавов незначительно. Для

заэвтектических расплавов

наблюдается значительное

расхождение, вызванное

неправомерностью применения выражения для энергии Гиббса твердого 1п8Ь.

Для получения требуемого выражения из диаграммы плавкости системы 1п-8Ь для ветви от эвтектики до температуры плавления БЬ были считаны значения температур и соответствующие им содержания. Для этих параметров была вычислена энергия Гиббса

900

800

700

— А

у 1 "V, 1

____Ч.765____ |\ 1 \

- 1 1 \ 1 \ 1 \ Г \ 1 \

- /к 1111 1 \ 1 \ __1 1 —1—

1п

0.2

0,4

1.0

БЬ

Рис. 1.-фдэоваядаграмиа1пЯ)

расплава и ее численное значение присвоены энергии Гиббса твердой сурьмы. Полученные численные значения G[b были аппроксимированы в Mathcad. В результате аппроксимации было получено выражение:

= (-428640 + 367,60 • Г) + Xsb ■ (749645 - 710,28 • Т). (8)

Данное выражение вычитали из энергии Гиббса расплава при заданном содержании компонентов, и путем минимизации разницы, вычисляли температуру начала кристаллизации твердой сурьмы из расплава.

По результатам вычислений построена диаграмма (штриховая линия рис. 1.). Из нее видно, что расчетная кривая, вычисленная на основе кристаллизации InSb (сплошная линия) и кривая, вычисленная на основе кристаллизации Sb (штриховая линия), пересекаются в точке, соответствующей координатам 765 К и 0,7 мольной доли Sb, что практически совпадает с координатами эвтектики экспериментальной кривой (763,7 К и 0,69 мол. доли).

Уточненное нами выражение для энергии Гиббса твердой сурьмы позволило вычислить координаты эвтектики в системе Ga-Sb. Кривые пересекаются в точке с координатами с 872 К и 0,87 мольной доли Sb. Расчет и эксперимент по температуре эвтектики расходятся всего на 7 К. Такое хорошее совпадение расчета с экспериментом позволяет выражение для энергии Гиббса твердой сурьмы применить и для тройной системы Ga-In-Sb.

Линия ликвидус системы In-Ga нами не рассчитывалась, поскольку она лежит намного ниже того температурного интервала, в котором происходит эпитаксиальное наращивание гетероструктур.

В системе Ga-In-Sb сделаны 7 разрезов, параллельных стороне Gain. Положение этих разрезов показано на рис. 2.

Температура линии ликвидус и соответствующей ей солидус, вычислялась из системы уравнений:

+ 4 (алв + а ВС )+ 0 - ХА ~ ХВ У а АС + ХАХВ (аАС + а ВС ~ аАВ ) +

+ xB^-xA-xB\aAB+aAC-aBC)+RT\n{xA^-xA-xB)}-Px(x,T)=Q-, (9)

{<*АВ + а АС )+ х\с*ВС + ^~ХА~ХВ У а ВС + ХАХВ («АС + а ВС ~ «АВ ) +

+ ХА^-ХА~ХВ ХаАВ + aBC ~аАс)+ RT (l~XA~ ХВ )} " А (*> Т) = 0i

где

Pt(х,Т) = ЛТ-ln^j + ^- ASac(Tac - T)+aAC_BC(1 -х)2 P2(x,r)=Rrin(~Xy^-ASBC(TBC-r)+aAC_ecx2.

На рис. 3. приведена линия ликвидус (сплошная линия), вычисленная на основе кристаллизации твердого раствора GaSb-InSb эквимолярного состава, вдоль разреза, проходящего через Sb и середину боковой стороны Ga-In. На нем же приведена линия ликвидус, вычисленная на основе кристаллизации Sb (штриховая линия). Эти линии пересекаются в точке с координатами 862 К и 0,82 мольной доли Sb. Аналогичным образом были

1000

900

800

700

х= -05

/ \ /

\ /

862 у"

1 \

- / ! \

1 \

1 1

_ 1 1 \

......J_1_1___1. i \ iiii

йа " "" "" 1п

Рис. 2. - Линии ликвидус (сплошная) и солидус (штриховая) на разрезе при 0,2 мил. доли вЬ трехкомпоиентной системы

0 ОД 0,4 0,6 0,8 1,0 0,5Ga+0,5In Sb

Рис. 3. - Jkooffl лоонфс, вьниспеншя из условия кршпашшзации гаедоых ростров GaSb-IriSb (сплоижгая линия) и тарцойЯ) (штриховая лжия)

построены линии ликвидус на основе твердого раствора и Sb для других разрезов, проходящих через Sb и содержанием InSb в твердом растворе равном 0,1; 0,2; ...; 0,9 мол. доли. На каждом разрезе были найдены координаты точки пересечения двух линий. Совокупность этих точек позволяет провести эвтектическую линию на поверхности ликвидус тройной системы от эвтектики GaSb-Sb до эвтектики InSb-Sb.

Из приведенного разреза (рис. 2.) температуры ликвидус и солидус последовательно при 0,05; 0,10; 0,15; 0,20 ... 0,95 мольной доли индия считывались и наносились на диаграмму тройной системы.

Таким образом, были построены линии ликвидус и солидус всех разрезов. Результатом этого построения явились две поверхности тройной системы — ликвидус и солидус. Для удобства восприятия поверхности ликвидуса приведены раздельно на рис. 4. и рис. 5.

На рис. 4. показано положение поверхности ликвидус, примыкающей непосредственно к твердой сурьме. Из него видно, что при увеличении содержании In в Ga от 0 до 0,6 мол. доли температура эвтектической линии остается постоянной и равной 875 К, далее уменьшается до температуры эвтектики InSb-Sb (764 К). Эта область расплавов может быть использована при выращивании монокристаллов Sb.

На рис. 5. видно наличие эвтектической линии последовательно понижающейся от 865 К до 764 К. Между температурами плавления бинарных соединений ваБЬ и 1п8Ь располагается последовательно уменьшающийся по высоте (температуре) хребет. В результате при температуре плавления 1п8Ь возникает как бы седловая точка.

На рис. 6. приведена поверхность солидус тройной системы Са-1п-8Ь. Она показывает, что в тройной системе имеется широкая полоса твердых растворов ОаЗМпБЬ, температуры плавления которых понижаются как в сторону сурьмы, так и в сторону боковой линии ва-Тп, то есть имеется хребет с последовательно понижающейся

температурой от 998 до 798 К.

Рис. 4. - Поверхность ликвидус вблизи твердой вЬ

Рис. 5.-Поверхность ликвидус системы Са-1п-вЬ Рис. б.-Поверхность солидус системы Са-1п-8Ь

По сравнению с поверхностью ликвидус, хребет поверхности солидус имеет более крутые боковые скаты. На разрезе при Х5Ь=0,8 мол. доли линия солидус опускается так низко, что невидима за хребтом (рис. 6.). Диаграмма поверхности солидус показывает широкие возможности варьирования температуры плавления твердых растворов на основе ОаБМпЗЬ.

Поверхности ликвидус и солидус рассекались серией изотермических плоскостей. Это позволило построить линии изотерм в тройной системе Оа-1п-БЬ. На рис. 7. даны изотермы поверхности ликвидус. Они показывают наличие хребта, полого спускающегося к индию и более круто к галлию.

Линией эвтектик (Е|Е2), вычисленной нами, диаграмма рассекается на две части - малую, примыкающую к сурьме, и обширную - остальную. Под ней располагается область твердых растворов. Изотермы солидус приведены на рис. 8. Из сравнения его с рис. 7. видно, что поверхность солидус своей выпуклостью обращена к началу координат температур, а ликвидус - от него. Кроме того, поверхность солидус имеет более крутые скаты хребта ваБЬ-1п8Ь, чем поверхность ликвидус.

Бросается в глаза широкая область твердых растворов ваБЬ-ГиБЬ в окрестности 1п8Ь. В ней температура плавления изменяется в пределах 20 градусов. Это позволяет рекомендовать для технологии выращивания гетероструктур именно эту область, так как вариации состава в пределах 0,2 мольных доли не окажут влияния на формирование твердой фазы.

По методике, используемой для тройных систем, были вычислены положения поверхностей ликвидус и солидус в системе 1пСа8ЬВ1/1п8Ь, с той лишь разницей, что содержание компонент в жидкой и твердой фазе подбиралось из решения системы (6). При этом значения энергии Гиббса элементов 1п, Оа, ЭЬ В! и энергии смешения двойных систем 1п-8Ь, ва-БЬ, 1п-Оа рассчитаны в работе.

БЬ 8Ь

Рис. 7. - Изотермы поверхности ликвидус Рис. 8. - Изотермы поверхности солидус системы системы (5а-1п-8Ь Оа-1п-5Ь

Доля висмута в гетероструктурах мала. Хотя висмут образует соединение 1пЕН и твердые растворы ¡пВМпБЬ, температура плавления соединения ниже 400 К, поэтому к концу периода эпитаксиального наращивания гетероструктуры соединение 1пВ1 еще не образуется. На этих основаниях поверхности ликвидус и солидус четверной системы мы представляем без висмутового угла. При построении поверхностей ликвидус и солидус использовалась декартова система координат ХАс и ХВс Для сторон квадрата Гп-БЬ и ва-БЬ, соответственно.

Установив разрез, например, ХВс=0,95 мол. доли, пробегаем последовательно ХАс=0,45; 0,50; ...; 0,95 мол. доли. По формулам ХАС = х-у; Хвс =(1-х)-у; ХА0 = х(1-у); Хвв = (1-х)(1-у) вычисляем х и у - координаты по диагоналям квадрата Сах1п1., и БЬуВ^.у.

На рис. 9. и 10. приведены поверхности ликвидус и солидус четверной системы в области таких концентраций компонентов, при которых образуются твердые растворы с температурой плавления выше 600 К. Сравнение поверхности ликвидус четверной системы (рис. 9.) с поверхностью ликвидус тройной системы (рис. 5.) показывает, что введение 0,04 мол. доли висмута в шихту уменьшает температуру поверхности на 1020 К в окрестности вавЬ и на 5-10 К - в окрестности ЫБЬ.

В|

Рис. 9. - Поверхность ликвидус четверной системы ¡пвавЬв!

На рис. 10. приведена часть поверхности солидус в окрестности твердых растворов (1п8Ь)|.х(ОаЗЬ)х. Поверхность представляет собой хребет, скат которого, обращенный к БЬ, более широкий и почти плоский. Ширина этого ската постепенно увеличивается от 1п8Ь и при х=0,5 мол. доли достигает максимума, температура поверхности здесь составляет 750 К. Затем ширина уменьшается (не показано).

Противоположная сторона ската узкая (не видна). Для сравнения на рис. 10. приведена линия солидус на вертикальном разрезе, проходящем вдоль оси у (заштриховано). Было установлено, что температура поверхности солидус от энергий смешения не зависит.

Построенная часть поверхности солидус позволяет сделать однозначный вывод - введение в тройную систему ЬЮаБЬ уменьшает температуру кристаллизации и ширину области концентраций ЭЬ, в которой твердые растворы (1п8Ь)|.х(Са8Ь)х еще существуют. Этот результат указывает, что вводить ЕЙ в больших концентрациях не следует. Из области существования плоской части поверхности солидус следует, что содержание В1 должно быть менее 0,07 мол. доли. Технологически же, желательно расплав удалить от границы твердых растворов, температура плавления

БЬ

0.70

Рис. 10. - Поверхность солидус системы 1пСа8ЬВ1

которых резко уменьшается. При Хв, < 0,05 мол. доли технология получения гетероструктур будет более надежной. Нижняя граница содержания Bi из наших исследований не следует. Вопрос о минимуме Хв, необходимо изучать отдельно.

Одним из важных вопросов процесса кристаллизации гетероструктур является возможность предсказания и моделирования получаемого состава твердой фазы в результате ЗГГГТ. Для этого была проделана теоретическая работа по моделированию выделения твердой фазы, а так же ее состава в процессе первоначальной кристаллизации из раствора-расплава.

Выделению твёрдой фазы из расплава должно предшествовать появление минимума (или минимумов) в той области содержаний компонентов, где энергия Гиббса расплава минимальна. Её величину в любой одофазной многокомпонентной системе можно определить, как:

сик = t (Т) + Ä7-f>,. ln(*, ) + ££ a,Jx,xJ (10).

(=1 1-1 1=1

Энергию Гиббса четверной системы будем изображать на карте в виде изотермических разрезов. Любая точка на этой карте проецируется на боковые стороны и на них может быть прочитано содержание компонент (v или и) в любой из четырёх двойных систем. Тогда содержание компонент в четверной системе может быть определено из выражений:

х\ = (0 - v) + (1 - и))/2,

*2=(v + (l-»))/2,

х, =((l-v) + w)/2, х4 =(v + «)/2.

Здесь индексами i = 1,... ,4 отмечены компоненты Bi, Ga, In и Sb.

Энергия Гиббса для Bi нам не известна. Её расчёт ведём по

т т С

стандартной формуле: G, = Я°98 -Г52°,8 + \CpdT-T j-^dT.

298 298 ^

В указанном интервале температур энергия Гиббса для Bi определяется Gf = -56,757*. При температуре плавления Bi энергия Гиббса составляет -19118 Дж/моль. При дальнейшем увеличении температуры необходимо сначала учесть изменение энтальпии плавления, равной 10,48 кДж/моль, и изменение теплоёмкости расплавленного Bi с температурой. С учётом энтальпии плавления энергия Гиббса расплавленного Bi составляет -8,638 кДж/моль. Молярную теплоёмкость расплавленного Bi считаем практически постоянной и равной 31,401 Дж/мольК. В интервале 545-693 К

т т С

энергия Гиббса имеет вид: G"(Т) = -8638 + \CpdT - Т J " оТ.

544 5 544 5 Т

Интегрирование теплоёмкости по температуре и учёт энтальпии плавления даёт окончательное выражение для энергии Гиббса висмута

G, (Т) = -25,736 + 31,401Г(1 - 1п(77545)), (12)

которое следует применять в рабочем интервале температур (663-693 К). Для галлия и индия энергия Гиббса имеет вид:

вг = 5590 -18,451 Т,

(13)

ву =-18,451 Т.

В интервале рабочих температур сурьма находится в твёрдом состоянии, поэтому для вычисления энергии Гиббса БЬ необходимо из энергии Гиббса в жидком состоянии при 903 К (С^1") вычесть энергию перехода в новое стандартное состояние, находящееся тоже в виде расплава.

Вычитаемая энергия имеет вид: АС" = -О"'"), где к - число фаз, а

4=1

величина ДС*"*" = (С7,0,ж - О,0 ") называется "параметром стабильности фазы". Для БЬ она имеет вид [2]: Д= 19874 - 21,965 Т.

Энергия Гиббса при переходе в расплавленное состояние:

О*"" = -18828-8,368 Т. (14)

Тогда имеем:

С,' = (-18828 - 8.368 Т) - (£ х, (19874 - 21,965 Г)). (15)

»•1

Для гомогенной жидкой системы (к=1) уравнение (4.15) имеет вид:

С, = (-18828-8.368 Т) - (х4 (19874 - 21,965 Т)). (16)

Энергия Гиббса многокомпонентной системы определяется [2] по формуле (10).

В табл. 2 приведена двумерная матрица энергий Гиббса, вычисленных по (10) для указанных значений и и V при 663 К.

Табл. 2 Энергия Гиббса (кДж/моль) при указанных переменных и и у.

V, Переменная и, мол. доля

мол. 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

доля

1,0

0,9 -17,7 -18,66 -19,59 -20,48 -21,33 -22,15 -22,94 -23,70 -24,40 -25,09 -25,74

0,8 -17,69 -18,62 -19,53 -20,39 -21,23 -22,04 -22,83 -23,59 -24,32 -25,02 -25,69

0,7 -17,60 -18,51 -19,39 -20,24 -21,07 -21,87 -22,66 -23,42 -24,16 -24,86 -25,55

0,6 -17,43 -18,31 -19,19 -20,02 -20,84 -21,64 -22,42 -23,18 -23,92 -24,63 -25,33

0,5 -17,17 -18,04 -18,91 -19,74 -20,56 -21,35 -22,13 -22,88 -23,62 -24,33 -25,02

0,4 -16,82 -17,71 -18,57 -19,40 -20,21 -21,01 -21,77 -22,53 -23,25 -23,95 -24,67

0,3 -16,42 -17,30 -18,16 -19,00 -19,81 -20,59 -21,36 -22,10 -22,82 -23,51 -25,18

0,2 -15,93 -16,82 -17,69 -18,53 -19,34 -20,12 -20,88 -21,62 -22,32 -22,99 -23,64

0,1 -15,33 -16,25 -17,14 -17,99 -18,81 -19,58 -20,34 -21,06 -21,71 -22,38 -22,99

0,0

В каждой строке этой таблицы методом кубических сплайнов, а на сторонах квадрата - полиноминальной регрессии подбирали и, при котором энергия Гиббса соответствовала бы одному из заданных значений (-18, -19, -20, -21, -22, -23,-24 и -25 кДж/моль). Подобранные значения наносились на карту изобат (рис. П.).

Карта показывает, что при 663 К область минимума (< -25 кДж/моль) энергий Гиббса примыкает к стороне квадрата, соответствующей двойной системе ЭЬ-ЬгЗЬ. Абсолютный минимум энергии Гиббса (-29,7 кДж/моль) соответствует БЬ, находящейся в условно жидком состоянии.

Чистая сурьма не может находится в жидком состоянии при 663 К, но при взаимодействии с другими элементами, образуются соединения, которые могут существовать в виде расплава при данной температуре. Такими соединениями могут быть 1пБЬ и ОаЗЬ.

Для выяснения этого вопроса было проведено экспериментальное исследование поверхности структуры ГпОаЗЬЕН.

В данной работе были исследованы гетероструктуры на основе твердых растворов АНпЗЬВгЯпЗЬ, АИпОаАэ/СаАз, 1п8ЬСаВ1/1п8Ь и ОаРАвВ^СаР, полученные методом ЗГЕГТ с различным содержанием висмута. Изучение поведения и влияния висмута на свойства гетероструктур являлось одной из основных задач этого исследования.

Исследование поверхности данных гетероструктур показало хорошую повторяемость получаемых результатов. Особое внимание было уделено именно образцам на основе ЬЮаБЬВШпЗЬ. На рис. 12. представлено распределение элементов по глубине структуры 1п8ЬСаВШп8Ь. Данное распределение получено с помощью оже-электронного спектрометра ЭСО-3 методом послойного травления.

На поверхности гетероструктуры 1пОа8ЬВ1Лп8Ь, по данным оже-спектроскопии, кроме углеродных и кислородных загрязнений присутствуют индий и сурьма. После мягкой очистки интенсивности этих пиков возросли, интенсивность пика галлия также возросла (рис. 12.). Вплоть до глубины 1 мкм наблюдается быстрое возрастание концентрации галлия при уменьшении интенсивности индия. Концентрация сурьмы в объеме гетероструктуры также как и индия снижается при увеличении концентрации висмута и галлия соответственно.

I. % 60-

45-

30-

15 -

gffi--

200

600

d нм

Рис. 12. - Профиль распределения элементов по глубине образца InGaSbBi/InSb: A- Bi,H - In,У - Ga,0 - Ofl -СД - Sb

На рис. 12. видно, что до глубины 300 нм в структуре не обнаружен висмут. Только после 300 нм концентрация висмута начинает расти. Данный рост сопровождается уменьшением содержания сурьмы. В объеме образца наблюдается взаимосвязанное перераспределение элементов с образованием соединений 1п8Ь, либо ваБЬ. Более вероятным является Гп-БЬ. Отметим также отсутствие пиков, относящихся к кислороду и углероду, что говорит об отсутствии оксидных и карбидных соединений элементов в объеме образца. Исследование гетероструктур методом фотоэлектронной спектроскопии позволило точно определить химическое соединение, образующееся в приповерхностном слое гетероструктуры 1п8ЬСаВ1/1п8Ь, -1п8Ь. Результаты исследования всех структур позволяют сделать вывод о том, что гетероструктуры на основе 1п8Ь являются наиболее удачными.

Как следует из карты изобат (рис. 11.) вначале должна выделится фаза с бинарным соединением 1п8Ь. На рис. 12. представлены распределения относительных концентраций элементов гетероструктуры 1пОа8ЬВ1 по глубине пленки (сI). Начальный уровень (с/ = 0) соответствует именно процессу первоначальной кристаллизации из расплава (Т = 663 К). С ростом значений ¿1 на этой диаграмме, температура расплава снижается в процессе остывания печи.

Из рис. 11. видно, что при уменьшении температуры следует ожидать выделения в виде твердой фазы в основном именно 1п8Ь. Имеется вероятность выделения ваБЬ, но в гораздо меньшей доле. Этот вывод хорошо согласуется с экспериментальными данными для распределения элементов по глубине пленки, полученными методом оже-электронной спектроскопии.

Согласование экспериментальных результатов оже-спектроскопии с данными, рассчитанными по теории регулярных растворов в

квазихимическом приближении, говорит о том, что, используя данную методику можно с достаточной степенью точности предсказать выделение начальной закристаллизовывающейся фазы из расплава многокомпонентного твердого раствора, а так же показать тенденцию образования и порядок выделения всех твердых фаз, возможных для данной гетероструктуры.

Основные результаты и выводы работы

1. На основе модели регулярных растворов в квазихимическом приближении, построена математическая модель для расчета фазовых равновесий четырехкомпонентных систем. На основе этих данных была составлена программа на С++, для расчета фазовых равновесий.

2. Предложена расчетная схема для построения фазовых диаграмм по принципу минимума энергии Гиббса системы. Показана возможность описания процесса кристаллизации расплава. Получены математические выражения для нахождения линии ликвидус бинарного соединения; поверхностей ликвидус и солидус тройных систем, а также четырехкомпонентных гетероструктур.

3. Разработана методика получения многокомпонентных твердых растворов на основе соединений А3В5 в поле температурного градиента. Выбраны оптимальные температурно-временные режимы получения висмутсодержащих ЧТР методом ЗПГТ. С помощью данной методики получены висмутсодержащие гетероструктуры 1пОа8ЬВ1/1п8Ь.

4. Проведено комплексное экспериментальное исследование гетероструктур методами РФЭС, и ЭСО. Получены однозначные данные о составе и структуре исследуемых образцов. Определен качественный и относительный количественный состав гетероструктур; представлены распределения элементов по глубине образцов, а так же определены химические соединения, образуемые элементами гетероструктур. Результаты исследования позволили выбрать твердый раствор, более всего отвечающий требованиям по получению^ и применению многокомпонентных гетеструктуруктур - 1пОа8ЬВ1/1п8Ь.

5. Впервые построены поверхности ликвидус и солидус четырехкомпонентной системы ЬЮаБЬШ. Построенная часть поверхности солидус позволяет дать рекомендации по выбору мольной доли висмута в четверной системе. Сравнение поверхности ликвидус четверной системы с поверхностью ликвидус тройной системы показывает, что введение 0,04 мол. доли висмута в шихту уменьшает температуру поверхности на 5-10 К. Установлено, что температура поверхности солидус от энергий смешения не зависит. Из области существования плоской части поверхности солидус следует, что содержание В1 должно быть менее 0,07 мол. доли. При Хв, < 0,05 мол. доли технология получения гетероструктур будет более надежной.

6. Предложен метод расчета изобат по энергиям Гиббса гетероструктур, на основе которого экспериментально получена и построена карта изобат, позволяющая предсказать выкристаллизовывающиеся фазы в

процессе кристаллизации твердых растворов. На основе полученных результатов показана тенденция образования и порядок выделения всех твердых фаз, возможных для данной гстероструктуры. Экспериментальные результаты для гетероструктур InGaSbBi, полученные методами РФЭС- и ОЖЕ-спектроскопии хорошо согласуются с рассчитанными по предлагаемой методике.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Исследование поверхности многокомпонетных полупроводников на основе А3В5 / Благин A.B., Валюхов Д.П., Лисицын C.B., Лунин Л.С., Хабибулин И.М. // Материалы XXXI научно-техническая конференция по результатам работы ППС за 2000г., ч.1, стр.51

2. Структура и свойства твердых растворов AlInSb<Bi>, полученных в поле температурного градиента / Лунин Л.С., Благин A.B., Баранник A.A., Валюхов Д.П., Лисицын С.В // Изв. вузов Северо-Кавказский регион. Технические науки, №1, с. 76. Новочеркасск, 2002 г.

3. Оже-анализ многокомпонентных гетероструктур на основе соединений А3В5 / Лисицын C.B., Валюхов Д.П., Хабибулин И.М., Благин A.B. // Сборник научных трудов. Серия «Физико-Химическая», выпуск 6, с. 42. Ставрополь, 2002 г.

4. Получение и исследование многокомпонентных висмутсодержащих соединений на основе А3В5 / C.B. Лисицын, А.Э. Зорькин, Д.П. Валюхов, И.М. Хабибулин, A.B. Благин И Материалы девятой научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов «Вакуумная наука и техника», М.: МИЭМ, 2002.

5. Благина Л.В., Валюхов Д.П., Лисицын C.B. Термодинамический анализ фазовых превращений в гетеросистемах на основе соединений АЗВ5 / Материалы XXXII научно-технической конференции по результатам работы ППС, аспирантов и студентов СевКавГТУ за 2002г. Т.1. Естественные и точные науки. С. 12. Ставрополь, 2003 г.

6. Изучение свойств алюминийсодержащих гетероструктур на основе соединений А3В5 / Лисицын C.B., Валюхов Д.П., Хабибулин И.М., Благин A.B. // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета, сер. физико-химическая, №1, с. 72. Ставрополь, 2003 г.

7. Исследование многокомпонентных висмутсодержащих гетероструктур на основе соединений А3В5 / Валюхов Д.П., Лисицын C.B., Зорькин А.Э., Пигулев Р.В, Хабибулин И.М., Благин A.B. // Изв. вузов «Физика» №11. Томск, 2003 г.

8. Прогнозирование выделения твёрдых фаз из расплава четырёхкомпонентной системы InGaSbBi в приближении квазирегулярных растворов / Лисицын С.В, Зленко В.Я., Валюхов Д.П. ..Хабибулин И.М., Благин A.B. // Изв. вузов Северо-Кавказский регион. Технические науки, №3. Новочеркасск, 2003 г.

9. Расчет поверхностей ликвидус и солидус тройной системы Ga-In-Sb / Лисицын C.B., Валюхов Д.П., Зленко В.Я., Хабибулин И.М. // Материалы 3-й научно-технической конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии», Кисловодск 2003.

1 О.Лисицын C.B. Получение и исследование висмутсодержащих структур на основе соединений А В5 // Материалы 3-й научно-технической конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии», Кисловодск 2003.

11.Пакет программ для управления рентгеновским фотоэлектронным спектрометром, получения и обработки экспериментальных спектров / C.B. Безнебеев, Д.П. Валюхов, А.Э. Зорькин, С.А. Крикун, C.B. Лисицын, И.М. Хабибулин II Материалы десятой научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов «Вакуумная наука и техника», М.: МИЭМ. С. 144-147, 2003.

12.Многокомпонентные висмутсодержащие соединения: теоретические модельные представления и прогнозирование выделения твердой фазы / C.B. Лисицын, Р.В. Пигулев, Д.П. Валюхов, И.М. Хабибулин, A.B. Благин // Материалы десятой научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов «Вакуумная наука и техника», М.: МИЭМ. С. 527532,2003.

Цитированная литература

1. Осинский В.И., Привалов В.И., Тихоненко О.Я. Оптоэлектронные структуры на многокомпонентных полупроводниках. - Минск: Наука и техника, 1981. С. 207.

2. Казаков А.И., Мокрицкий В.А., Романенко В.Н., Хитова Л. Расчет фазовых равновесий в многокомпонентных системах. М., Металлургия, 1987. С. 136.

3. Кикучи P. (Kikuchi R.) Теория построения фазовых диаграмм состояния трехкочпонентных полупроводниковых систем, образованных из элементов групп III и V. (Реферат).- M : Всесоюзный центр переводов, 1981. Т. 103В. С. 41-56.

4. Лунин Л.С., Аскарян Т.А., Овчинников В.А. Фазовые равновесия в многокомпонентных системах А3В5. // Межвуз.сб. Кристаллизация и свойства кристаллов. 1993. С. 50-56.

5. Onabe К. Thermodinamics of type A|.xBxCj.yDy Iïï-V quoternary solid solutions // J. Phis. Chem. Solids. 1982.43.11.1071-1086.

6. Лозовский В.Н., Лунин Л.С., Попов В.П. Зонная перекристаллизация градиентом температуры полупроводниковых материалов. - М.: Металлургия, 1987. - 232 с.

7. Davis L.E., MacDonald N.C. et al., Handbook of Auger Electron Spectroscopy, 2nd edition, Physical Electronics inc., Eden Prarie, Minn, 1976.

Подписано к печати 16.10.03 г. Формат 60x84. 1/16 Усл. печ. л. - 1,6. Уч.-изд. л. - 1,3. Тираж 100 экз. Бумага офсетная. Северо-Кавказский государственный технический университет г. Ставрополь пр. Кулакова, 2

Типография СевКавГТУ

i i

f i/

<1 ,(

и )

И I

2оо?-Д

»1683 5 |<Ц|5

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Лисицын, Сергей Викторович

ВВЕДЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Обзор литературы и постановка задачи исследования.

1.1. Свойства и применения гетероструктур на основе соединений А3В

1.2. Многокомпонентные твердые растворы соединений А3В5.

1.3. Особенности фазовых равновесии и критические явления в многокомпонетных твердых растворах.

1 А. Применение гетероструктур на основе соединений А3В5.

1.5. Постановка задачи исследования.:.

Выводы по главе

2. Теоретические и 'модельные представления методики получения и исследования МТР InGaSbBi/InSb'.v.'.

2.1. Термодинамический анализ фазовых превращений в гетеросисте-мах на основе антимонида индия!.!.".'.:.'.:.

2.2. Модели расчета фазовых равновесий в многокомпонентных системах соединений А3В5.

2.3. Расчет фазовых диаграмм в многокомпонентных системах на основе условий равновесия жидкой и твердой фаз.

Выводы по главе

3. Технологические аспекты процессов получения и исследования многокомпонентных гетероструктур.;::.!.

3.1. Аппаратурное оформление процесса 3111 1 для получения многокомпонентных твердых растворов соединений А^5.

3.2. Методы анализа поверхности, применяемые для изучения свойств многокомпонентных гетероструктур на основе соединений А3В5.

3.2.1. Метод оже-спектроскопии.

3.2.2. Метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) 74 Выводы по главе

4. Расчет фазовых равновесий в четверной системе InGaSbBi/InSb

4.1. Расчет линий ликвидус в двойных системах InSb и GaSb.

4.2. Расчет поверхностей ликвидус и солидус тройной системы In-Ga-Sb.

4.3. Расчет поверхностей ликвидус и солидус в четверной системе InGaSbBi

4.4. Изучение распределения содержания компонентов по глубине гетероструктур InGaSbBi/InSb. Ill

Выводы по главе

Введение диссертация по физике, на тему "Получение и исследование свойств висмутсодержащих многокомпонентных твердых растворов на основе соединений А3В5"

Для решения ряда проблем, связанных с технологией получения твердых растворов на основе InSb и GaAs или GaP, одним из путей является внедрение нового компонента в эпитаксиальные слои, которое позволяет компенсировать структурные и термодинамические несоответствия. В качестве одного из таких компонентов применяют в последнее время висмут.

По экспериментальным исследованиям висмутсодержащих гетероструктур в литературе имелась крайне скудная информация, об исследовании методами оже-электронной и фотоэлектронной спектроскопии вообще нет. Поэтому диссертационная работа является актуальной и представляет интерес, как с точки зрения применения метода ЗПГТ для выращивания МТР на основе висмута, так и с практической точки зрения.

Цель и задачи диссертационного исследования

Целью работы является получение новой группы полупроводниковых твердых растворов соединений A,nBv методом зонной перекристаллизации градиентом температуры, а также комплексное теоретическое и экспериментальное исследование свойств висмутсодержащих гетероструктур. Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

- расчет фазовых равновесий на основе модели регулярных растворов в квазихимическом приближении;

- выбор и разработка технологии выращивания висмутсодержащих четырехкомпонентных гетероструктур;

- разработка математической модели построения фазовых диаграмм МТР на основе соединений А3В5;

- построение карты изобат для прогнозирования процесса кристаллизации полученных гетероструктур.

Научная новизна диссертационного исследования

3. Впервые построены и исследованы поверхности ликвидуса и солидуса системы InGaSbBi методом минимума энергии Гиббса. Предложен оптимальный состав для получения совершенных структур на основе висмута.

4. Теоретически и экспериментально исследованы фазовые диаграммы гетеросистемы InGaSbBi/InSb в температурном диапазоне 600-1000 К.

5. Получены методом ЗПГТ и исследованы поверхностно-чувствительными методами (оже- и фотоэлектронной спектроскопии ) новые четырехкомпонентные твердые растворы InGaSbBi на подложках InSb. Совместное применение данных методов позволило однозначно предсказать тенденцию кристаллизации твердых растворов InGaSbBi.

Практическая значимость результатов исследования

1. Представленная в диссертационной работе методика расчета гетерогенных равновесии, а также компьютерное моделирование эксперимента позволяют прогнозировать результаты эпитаксии многокомпонентных твердых растворов соединений АП|ВУ, проводить корректировку и оптимизацию технологического процесса формирования полупроводниковых гетероструктур.

2. Разработана методика построения поверхностей ликвидус и солидус, а также карт изотерм поверхности и изобат энергии Гиббса системы, позволяющие однозначно определять оптимальный состав гетероструктур для получения идеальных твердых растворов с заданными фотоэлектрическими свойствами.

3. Даны четкие рекомендации по составу и условиям эпитаксии четырехкомпонентного твердого раствора InGaSbBi. Показан механизм влияния висмута на формирование гетероструктур и их свойства.

4. Разработан программный комплекс для получения и обработки фотоэлектронных спектров, улучивший работу спектрометра СЭР-1.

Достоверность научных положений и результатов исследования

Достоверность результатов обеспечивается использованием хорошо зарекомендовавших себя аналитических и численных методов математики, физики, физической химии, строгой обоснованностью приближений в описании моделей твердого раствора, использованием поверхностно-чувствительных методов исследования (оже- и фотоэлектронной спектроскопии), согласованием экспериментальных результатов с предсказанными теоретически.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

2. Способ эпитаксии из жидкой фазы в поле температурного градиента, позволяющий получать висмутсодержащие четырехкомпонентные твердые растворы InGaSbBi на подложках InSb с заданным распределением компонент и высоким кристаллическим совершенством гетероструктуры.

4. Методика построения карты изобат, позволяющая прогнозировать выделение закристаллизовывающихся фаз в процессе роста пленки на подложке, показала возможность теоретического предсказания процесса кристаллизации МТР.

Апробация и внедрение результатов исследования

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах кафедры физики СевКавГТУ и кафедры физики ВИЮРГТУ, 1-й, 2-й и 3-й международных научно-технических конференциях «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» (Кисловодск, 2001, 2002, 2003 гг.), на девятой и десятой научно-технических конференциях с участием зарубежных специалистов «Вакуумная наука и техника» (Судак, 2002, 2003 гг.), XXXI и XXXII научно-технических конференциях СевкавГТУ по результатам работы ППС, аспирантов и студентов (Ставрополь 2001, 2003).

Публикации

Структура и объем работы

Заключение диссертации по теме "Физика конденсированного состояния"

Основные выводы работы

1. Многокомпонентные твердые растворы соединений А3В5 нашли широкое применение в современной электронике в качестве элементной базы инжекционных лазеров, светодиодов и фотодетекторов. Четырехкомпонентные гетероструктуры позволяют управлять шириной запрещенной зоны и дают возможность согласовывать коэффициент термического расширения слоя и подложки.

2. На основе модели регулярных растворов в квазихимическом приближении, построена математическая модель для расчета фазовых равновесий тройных соединений. Далее, развивая эту модель получены, уравнения для расчета фазовых равновесий в четырехкомпонентных системах. В общем случае фазовые равновесия в многокомпонентных растворах описаны системой нелинейных уравнений = которая была решена методом

Ньютона. На основе этих данных была составлена программа на Delphi, для расчета фазовых равновесий.

3. Предложена расчетная схема для построения фазовых диаграмм по принципу минимума энергии Гиббса системы. Определяя коэффициенты парного взаимодействия и область минимума энергии Гиббса системы, показана возможность описания процесса кристаллизации расплава. Получены математические выражения для нахождения линии ликвидус бинарного соединения; поверхностей ликвидус и солидус тройных систем, а также четырехкомпонентных гетероструктур.

4. Разработано и сконструировано технологическое оборудование, управляемое ЭВМ, которое позволяет поддерживать в реакционной камере установки "Радуга" однородный нагрев с регулируемым градиентом температуры, удовлетворяющим требованиям ЗПГТ. Конструкция кассет сдвигового типа позволила совместить в одном технологическом процессе гомогенизацию расплава, насыщение с подложки, вдавливание расплава в "сэндвич" и послеростовой сдвиг подложки, а также свести до минимума испарение летучих компонентов расплава.

Разработана методика получения многокомпонентных твердых растворов на основе соединений А3В5 в поле температурного градиента. Выбраны оптимальные температурно-временные режимы получения висмутсодержащих ЧТР методом ЗПГТ. С помощью данной методики получены висмутсодержащие гетероструктуры InGaSbBi/InSb.

5. Разработан комплекс программ для управления спектрометром СЭР-1 и математической обработки экспериментальных данных на базе IBMPC/AT, что позволило упростить и сделать более наглядной работу со спектрами и их обработкой (полученные пики можно сохранить как в графическом, так и в математическом виде для дальнейшего использования, предусмотрена возможность вывода на печать результатов математической обработки линии спектра и (или) сохранение их в отдельном файле на диске для последующей печати или дополнительной обработки), а также однозначно определить относительную интенсивность и характер пика.

6. Проведено комплексное экспериментальное исследование гетероструктур методами РФЭС, и ЭСО. Получены однозначные данные о составе и структуре исследуемых образцов. Определен качественный и относительный количественный состав гетероструктур; представлены распределения элементов по глубине образцов, а так же определены химические соединения, образуемые элементами гетероструктур. Результаты исследования позволили выбрать твердый раствор, более всего отвечающий требованиям по получению и применению многокомпонентных гетеструктуруктур - InGaSbBi/InSb.

7. Аналитически получено выражение для энергии Гиббса твердой сурьмы. Построены линии ликвидус двойных системы InSb и GaSb, которые практически совпали с линиями, взятыми из литературных источников. Отклонения координат точек эвтектик составило всего 5-10 %. Полученное выражение энергии Гиббса для твердой сурьмы, можно считать универсальным в пределах погрешности эксперимента, что позволяет применять найденное выражение для энергии Гиббса твердой сурьмы и для многокомпонентных систем.

8. В тройной системе InGaSb построены линии ликвидус и солидус по данным диаграмм приложения 3. Результатом этого построения явились две поверхности тройной системы — ликвидус и солидус. Путем нахождения точек пересечения линий ликвидус, вычисленных на основе кристаллизации твердого раствора GaSb-InSb эквимолярного состава, и линий ликвидус, вычисленных на основе кристаллизации Sb, построена эвтектическая линия на поверхности ликвидус тройной системы от эвтектики GaSb-Sb до эвтектики InSb-Sb.

Показана область расплавов для выращивания монокристаллов Sb.

Анализ построенной поверхности солидус тройной системы показал наличие широкой полосы твердых растворов GaSb-InSb, температуры плавления которых понижаются как в сторону сурьмы, так и в сторону боковой линии Ga-In, то есть наличие хребта с последовательно понижающейся температурой от 998 до 798 К. Диаграмма поверхности солидус показывает широкие возможности варьирования температуры плавления твердых растворов на основе GaSb-InSb.

9. На основе полученных данных по тройной системе построены изотермы ликвидуса и солидуса тройной системы Ga-In-Sb. Полученные схемы дают вполне однозначный ответ на рекомендации по составу жидкой фазы для системы Ga-In-Sb. Указана область, наиболее благоприятная для получения твердых растворов Ga-In-Sb.

10.Построены поверхности ликвидус и солидус четырехкомпонентной системы InGaSbBi. Построенная часть поверхности солидус позволяет дать рекомендации по выбору мольной доли висмута в четверной системе. Сравнение поверхности ликвидус четверной системы с поверхностью ликвидус тройной системы показывает, что введение 0,04 мол. доли висмута в шихту уменьшает температуру поверхности на 5-10 К. Установлено, что температура поверхности солидус от энергий смешения не зависит.

Построенная часть поверхности солидус позволяет сделать однозначный вывод - введение Bi в тройную систему InGaSb уменьшает температуру кристаллизации и ширину области концентраций Sb, в которой твердые растворы (InSb)i.x(GaSb)x еще существуют. Из области существования плоской части поверхности солидус следует, что содержание Bi должно быть менее 0,07 мол. доли. При XBi < 0,05 мол. доли технология получения гетероструктур будет более надежной.

11.Предложен метод расчета изобат по энергиям Гиббса гетероструктур, на основе которого экспериментально получена и построена карта изобат, позволяющая предсказать выкристаллизовывающиеся фазы в процессе кристаллизации твердых растворов. На основе полученных результатов показана тенденция образования и порядок выделения всех твердых фаз, возможных для данной гетероструктуры. Экспериментальные результаты для гетероструктур InGaSbBi, полученные методами РФЭС- и ОЖЕ-спектроскопии хорошо согласуются с рассчитанными по предлагаемой методике.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Лисицын, Сергей Викторович, Ставрополь

1. Осинский В.И., Привалов В.И., Тихоненко О .Я. Оптоэлектронные структуры на многокомпонентных полупроводниках. - Минск: Наука и техника, 1981.-207 с.

2. Благин А.В. Кристаллизация многокомпонентных полупроводников в градиентном температурном поле и их свойства: Автореферат дис. док. физ.-мат. наук. — Ставрополь, 2002.

3. Алферов. Ж.И. Двойные гетероструктуры: концепция и применения в физике, электронике и технологии. // УФН т 172, 2002. №9. С. 10681087.

4. Алферов Ж.И. Полупроводниковые гетероструктуры. // Физика и техника полупроводников. Т. 11, 1977. №11. С. 2072-2083.

5. Лозовский В.Н., Лунин Л.С. Пятикомпонентные твердые растворы соединений А3В5 // Новые материалы оптоэлектроники. Ростов-н/Д, 1992, 192 с.

6. Долгинов Л.М., Елисеев П.Г., Мильвидский М.Г. Многокомпонентные полупроводниковые твердые растворы и их применение в лазерах // Квантовая электроника. Т. 8, 1976. № 7. С. 1381-1383.

7. Долгинов Л.М., Елисеев П.Г., Исмаилов И. Инжекционные излучательные приборы на основе многокомпонентных полупроводниковых твердых растворов. // Итоги науки и техники. Сер. Радиотехника. Т.21, № 3, с. 115.

8. Мильвидский М.Г., Освенский В.Б. Структурные дефекты в эпитаксиальных слоях полупроводников. М., 1985. 160 с.

9. Бублик В.Т., Морозов А.Н., Освенский В.Б. и др. Расчет области гомогенности арсенида галлия // Кристаллография. Т.24, №6, 1979. -С. 1230.

10. Бестаев М.В., Гацоев К.А. и др. Инжекционные лазеры на основе монокристаллов соединений PbSe-SnSe и PbTe-SnTe // Изв. вузов. Северо-Кавкаский регион. Естественные науки. 1997, №1. С. 48-53.

11. Батура В.П., Вигдорович В.Н., Селин А.А. Четырехкомпонентные твердые растворы соединений А3В5 перспективные материалы оптоэлектроники. Зарубежная электронная техника. М., 1980. - С.3-52.

12. Onabe К. Unstable regions in III-V quaternary solid solutions composition plane calculated with strictly regular solution approximation. // J. Appl. Phys. V.21,№ 6,1982.-P. 323-325.

13. Долгинов JI.M., Ибрахимов H., Мильвидский М.Г. и др. Высокоэффективная электролюминесценция в GaxIni.xAsi.yPy // ЛФТП, Т.9, № 7, 1975.-С. 1319-1321.

14. Богатов А.П., Долгинов Л.М., Елисеев П.Г. и др. Излучательные характеристики лазерных гетеростуктур на основе InP-GalnAsP // ФТП. Т. 9, №10, 1975. С. 1956-1961.

15. Долгинов Л.М., Дракин А.Е., Елисеев П.Г., Мильвидский М.Г. и др. Высокоэффективные светодиоды на GalnAsP/InP // Квантовая электроника. Т.5, №11, 1978. С. 2480-2481.

16. Nilshi Н., Yane N., Nishitani Y. Self-aligned structure InGaAsP/InP on lasers //Ibid. V.35, 1979. P. 232-285.

17. Лозовский B.H., Лунин Л.С., Попов В.П. Зонная перекристаллизация градиентом температуры полупроводниковых материалов. М.: Металлургия, 1987. - 232 с.

18. Акчурин Р.Х., Жегалин В.А., Сахаров Т.В., Серегин С.В. Получение многослойных гетероструктур на основе арсенида-антимонида-висмута индия методом «капиллярной» жидкофазной эпитаксии. // Письма в ЖТФ. Т. 23. 1997. №7. С. 51-55.

19. Благин А.В. Физико-химические основы получения многокомпонентных висмутсодержащих гетероструктур электроники: Науч.-мет. пособие/ Волгодонский ин-т. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001. 42 с.

20. Кристаллохимический аспект легирования антимонида индия висмутом в условиях ЖФЭ/ Акчурин Р.Х., Зиновьев В.Г., Кузьмичева Г.М., Уфимцев В.Б.// Кристаллография. 1982. Т.27. Вып. 3. С. 561-565.

21. Эпитаксиальный рост InAsi.x.ySbxBiy на подложках из InSb из висмутовых растворов/ Акчурин Р.Х., Сахаров Т.В, Тарасов А.В., Уфимцев В.Б // Н.М. Т.28, 1992. С. 502-506.

22. Osborn G.S. J. Vac. Sci. Technol. BI, 2, 379 (1983).

23. Акчурин P.X., Акимов O.B. Тонкослойные упругонапряженные гетероструктуры InAsi.x.ySbxBiy/InSb: расчет некоторых физических параметров // Физика и техника полупроводников, 1995. Т.29. Вып. 2. С. 362-369.

24. Olsen G.N., Nuese C.J., Smith R.T. The effect of elastic strain on energy band gap lattice parameter in III-V compounds. J. Appl. Phys., 1978, V.49, №11, P.5523-5529.

25. Stringfellow G.B., Green P.E. Liquid Phase Epitaxial Growth of InAsjxSbx// J. Electrochem. Soc. 1971, V.l 18. P. 805-810.

26. Селин A.A., Ханин B.A., Вигдорович B.H. Термодинамический расчет фазовых равновесий для многокомпонентных твердых растворов с эквиатомным катионно-анионным соотношением. // Докл. АН СССР. Т. 252, №2, 1960.-С. 406-410.

27. Расчет фазовых равновесий в многокомпонентных системах / А.И. Казаков, В.А. Мокрицкий, В.Н. Романенко, Л. М. Хитова. -Металлургия, 1987. 136 с.

28. Onabe К. Thermodynamics of type AxBi„xCyBi.y III-V quarternary solid solution // J. Phys. Chem. Solids. V. 43,№ 11,1982.-P. 1071-1086.

29. Stringfellow G.B., Green P.E. Calculation of III-V ternary phase diagrams: InGaAs and InAsSb // J. Phys. Chem. Solids. V. 30, № 10, 1969. P. 1779-1791.

30. Особенности расчета фазовой диаграммы висмутсодержащих твердых растворов соединений А3В5 / В.И. Ратушный, Л.В. Благина, А.П.

31. Труфманов, П.И. Разумовский. Тр. 5-й Всерос. науч.-техн. конф. с международным участием. Таганрог, 1998. - С. 46.

32. Лозовский В.Н., Лунин Л.С., Аскарян Т.Г. Термодинамический анализ устойчивости пятикомпонентных гетероструктур соединений А3В5 // Изв. АН СССР. Неорган, материалы. Т. 25, 1989. С. 540-546.

33. Davis L.E., MacDonald N.C. et al., Handbook of Auger Electron Spectroscopy, 2nd edition, Physical Electronics inc., Eden Prarie, Minn, 1976.

34. Sommerjai G., Chemistry in Two Dimensions: Surfaces, Cornell University Press, Ithaca, New York, 1981.

35. Анализ поверхности методами оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии / Под ред. Д. Бриггса, М.П. Сиха.- М.: Мир, 1987. 600 с.

36. Фотоэлектрические свойства гетероструктур GaAs/InAs с квантовыми точками / Б.Н. Звонков, И.Г. Малкина, Е.Р. Линькова, В.Я. Алешкин, И.А. Карпович, Д.О. Филатов. // Фтп., 1997. Т.31, №9. С. 1100-1105.

37. Андреев В.М. Гетероструктурные солнечные элементы. // Фтп, 1999. Т.ЗЗ, №9.

38. Гетероструктуры в системе InGaAs/ InP с напряженными квантовыми ямами и квантовыми точками (к = 1,5-1,9 мкм). / З.Н. Соколова, Д.А. Винокуров, И.С. Тарасов, Н.А. Гунько, Г.Г. Зегря. // Фтп, 1999. Т. 33, №9.

39. Самоорганизующиеся наноразмерные кластеры InP в матрице InGaP/GaAs и InAs в матрице InGaAs/InP / Д.А. Винокуров, В.А. Капитонов, О.В. Коваленков, Д.А. Лившиц, З.Н. Соколова, И.С. Тарасов, Ж.И. Алфёров. // Фтп, 1999. Т.ЗЗ, № 7.

40. Термоотжиг дефектов в гетероструктурах InGaAs/GaAs с трехмерными островками. / М.М. Соболев, И.В. Кочнев, В.М. Лантратов, Н.А. Берт, Н.А. Черкашин, Н.Н. Леденцов, Д.А. Бедарев. // Фтп, 2000. Т.34, №2.

41. Лазерная генерация в вертикальном направлении в структурах InGaN/GaN/AlGaN с квантовыми точками InGaN / И.Л. Крестников, А.В.

42. Сахаров, В.В. Лундин, Ю.Г. Мусихин, А.П. Карташова, А.С. Усиков, # А.Ф. Цацульников, Н.Н. Леденцов, Ж.И. Алферов, И.П. Сошников //1. Фтп, 2000. Т.34, №4.

43. Свойства гетеролазеров на основе InGaAsP/InP с широким мезаполосковым контактом / Е.Г. Голикова, В.А. Курешов, А.Ю. Лешко, А.В. Лютецкий, Н.А. Пихтин, Ю.А. Рябоштан, Г.А. Скрынников, И.С. Тарасов, Ж.И. Алферов // Фтп, 2000. Т.34, №7

44. Исследование пороговых характеристик InGaAsP/InP-гетеролазеров (X = 1:55 мкм) / Г.Г. Зегря, Н.А. Пихтин, Г.В. Скрынников, С.О. Слипченко, И.С. Тарасов // Фтп, 2001. Т.35, №8.

45. Рекордные мощностные характеристики лазеров на основе InGaAs / AlGaAs / GaAs-гетероструктур / Д.А. Лившиц, А.Ю. Егоров, И.В. Кочнев , В.А. Капитонов, В.М. Лантратов, Н.Н. Леденцов, Т.А. Налет, И.С. Тарасов // Фтп, 2001. Т.35, №3.

46. Влияние легирования слоя квантовых точек InAs висмутом на морфологию и фотоэлектронные свойства гетероструктур GaAs/InAs, полученных газофазной эпитаксией / Б.Н. Звонков, И.А. Карпович, Н.В. Байдусь, Д.О. Филатов, С.В. Морозов // Фтп, 2001. Т.35, №1.

47. Лазеры на основе InAsSbP-двойных гетероструктур для спектрального диапазона 2.7-3.0 мкм (Т = 77 К) / Т.Н. Данилова, А.П. Данилова, О.Г. Ершов, А.Н. Именков, М.В. Степанов, В.В. Шерстнев, Ю.П. Яковлев //

48. Фтп, 1998. Т.32, №2. С. 241-244.

49. Самоорганизующиеся наногетероструктуры в твердых растворах InGaAsP / Л.С. Вавилова, А.В. Иванова, В.А. Капитонов, А.В. Мурашова, И.С. Тарасов, И.Н. Арсентьев, Н.А. Берт, Ю.Г. Мусихин, Н.А. Пихтин, Н.Н. Фалеев // Фтп, 1998. Т.32, №6. С. 658-662.

50. Твердые растворы InGaAsSb на основе InAs, легированные гадолинием, для светодиодов в спектральной области 3-5 мкм / Н.В. Зотова, С.А. Карандашев, Б.А. Матвеев, М.А. Ременный, Н.М. Стусь, Г.Н. Талалакин1. Фтп, 1999.Т.ЗЗ,№8.

51. И.А. Андреев, Е.В. Куницына, М.П. Михайлова, Ю.П. Яковлев Длинноволновые фотодиоды на основе твердых растворов Gaj. xInxAsySbi.y с составом вблизи границы области несмешиваемости // Фтп, 1999. Т.ЗЗ, №2.

52. Подавление оже-рекомбинации в диодных лазерах на основе гетеропереходов II типа InAsSb / InAsSbP и InAs / GalnAsSb / Г.Г. Зегря, М.П. Михайлова, Т.Н. Данилова, А.Н. Именков, К.Д. Моисеев, В.В. Шерстнев, Ю.П. Яковлев // Фтп, 1999. Т.ЗЗ, №3.

53. Бистабильность электролюминесценции в двойной гетероструктуре II типа AlGaAsSb/InGaAsSb / Б.Е. Журтанов, К.Д. Моисеев, М.П. Михайлова, Т.И. Воронина, Н.Д. Стоянов, Ю.П. Яковлев // Фтп, 1999. Т.ЗЗ, №3

54. Электролюминесценция светодиодов А=3,3-4,3 мкм на основе твердых # растворов InGaAs и InAsSbP в интервале температур 20 180 °С / М.

55. Айдаралиев, Н.В. Зотова, С.А. Карандашев, Б.А. Матвеев{, М.А. Ременный, Н.М. Стусь, Г.Н. Талалакин // Фтп, 2000. Т.34, №1.

56. Перестраиваемый лазер на основе InAsSb/InAsSbP с высокой направленностью излучения в плоскости р п-перехода / А.П. Астахова, Т.Н. Данилова, А.Н. Именков, Н.М. Колчанова, В.В. Шерстнев, Ю.П. Яковлев // Фтп, 2000. Т.34, №9.

57. J1.C. Вавилова, В. А. Капитонов, А.В. Мурашова, И.С. Тарасов Особенности эпитаксиального осаждения твердых растворов InGaAsP в области неустойчивости // Фтп, 2000. Т.34, №11.

58. Т.Н. Данилова, А.Н. Именков, В.В. Шерстнев, Ю.П. Яковлев Лазеры на основе двойных гетероструктур InAsSb/InAsSbP, излучающие в спектральной области 3-4 мкм. Часть I // Фтп, 2000. Т.34, №11.

59. К.Д. Моисеев, А.А. Ситникова, Н.Н. Фалеев, Ю.П. Яковлев Разъединенные гетероструктуры II типа InAs/Galno.nAso^Sb с резкой планарной границей раздела // Фтп, 2000. Т.34, №12.

60. Уширение линии генерации в перестраиваемых током лазерах на основе гетероструктур InAsSbP/InAsSb/InAsSbP / А.Н. Именков, Н.М. Колчанова, Р. Кубат, С. Цивиш, Ю.П. Яковлев // Фтп, 2000. Т.34, №12.

61. Одномодовый перестраиваемый на 100 А лазер на основе , InAsSb/InAsSbP (3,2 мкм) / А.П. Данилова, А.Н. Именков, Н.М.

62. Колчанова, С. Цивиш, В.В. Шерстнев, Ю.П. Яковлев // Фтп, 2000. Т.34, №2.

63. Фотолюминесцентные и электролюминесцентные свойства спонтанно формирующихся периодических InGaAsP-структур / Л.С. Вавилова, В.А. Капитонов, Д.А. Лившиц, А.В. Лютецкий, А.В. Мурашова, Н.А. Пихтин, Г.В. Скрынников, И.С. Тарасов // Фтп, 2000. Т.34, №3.

64. Спектральные характеристики лазеров на основе двойных « гетероструктур InGaAsSb/InAsSbP (А. = 3,0-3,6 мкм) / М. Айдаралиев,

65. Н.В. Зотова, С.А. Карандашев, Б.А. Матвеев, М.А. Ременный, Н.М. * Стусь, Г.Н. Талалакин, Т. Beyer, R. Brunner // Фтп, 2000. Т.34, №4.

66. Сухорукова М.В., Скороходова И.А., Хвостиков В.П. Исследование ультратонких слоев AlxGai.xAs методом эллипсометрии. // Фтп, 2000. Т.34, №1.

67. Лазеры на основе двойных гетероструктур InGaAsSb(Gd)/ InAsSbP (к = 3,0-3,3 мкм) для диодно-лазерной спектроскопии / М. Айдаралиев, Т. Beyer, Н.В. Зотова, С.А. Карандашев, Б.А. Матвеев, М.А. Ременный, Н.М. Стусь, Г.Н. Талалакин // Фтп, 2000. Т.34, №7.

68. Мощные лазеры (X, = 3:3 мкм) на основе двойных гетероструктур InGaAsSb(Gd)/ InAsSbP / М. Айдаралиев, Н.В. Зотова, С.А. Карандашев, Б.А. Матвеев, М.А. Ременный, Н.М. Стусь, Г.Н. Талалакин // Фтп, 2001. Т.35, №10.

69. Эпитаксиальный рост, электронные свойства и фотокатодные применения напряженных псевдоморфных слоев InGaAsP/GaAs / В.Л. Альперович, Ю.Б. Болховитянов, С.И. Чикичев, А.Г. Паулиш, А.С. Терехов, А.С. Ярошевич // Фтп, 2001. Т.35, №9.

70. Лазеры на основе двойных гетероструктур InAsSb/InAsSbP, излучающие в спектральной области 3-4 мкм / Т.Н. Данилова, А.Н. Именков, Н.М. Колчанова, Ю.П. Яковлев // Фтп, 2001. Т.35, №12.

71. Гетеропереходы II типа в системе InGaAsSb/GaSb: » магнитотранспортные свойства / Т.И. Воронина, Б.Е. Журтанов, Т.С.

72. Лагунова, М.П. Михайлова, К.Д. Моисеев, А.Е. Розов, Ю.П. Яковлев // Фтп, 2001. Т.35, №3.

73. Сверхрешетка кластеров мышьяка в арсениде галлия, выращенном молекулярно-лучевой эпитаксией при низкой температуре / В.В. Чалдышев, Н.А. Берт, А.Е. Куницын, Ю.Г. Мусихин, В.В // Фтп, 1998. Т. 32, №10, с. 1161-1164.

74. Механизмы распада твердого раствора InGaAlAs, стимулированного • квантовыми точками InAs / А.Ф. Цацульников, Б.В. Воловик, Д.А.

75. Бедарев, А.Е. Жуков, А.Р. Ковш, Н.Н. Леденцов, М.В. Максимов, Н.А. * Малеев, Ю.Г. Мусихин, В.М. Устинов, Н.А. Берт, П.С. Копьев, Д.

76. Бимберг,Ж.И. Алферов // Фтп, 2000. Т. 34, №3.

77. Исследование квантовых ям InxGaj.xAs/GaAs методами низкотемпературной фотолюминесценции и рентгеновской дифрактометрии / С.В. Евстигнеев, P.M. Имамов, А.А. Ломов, Ю.Г. Садофьев, Ю.В. Хабаров, М.А. Чуев=, Д.С. Шипицин // Фтп, 2000. Т. 34, №6.

78. Olsen G.H., Zamerowski T.J. // Progr. Cryst. Growth Charact., №2, p. 309, 1979.

79. Panich M.B. // Progr. Cryst. Growth Charact., V. 12, № 1, 1986.

80. Razeghi M. The MOCVD challenge. Inst. Phys. Publ., Bristol, 1995, v. 2.

81. Nakajima K. GalnAsP Alloy Semicond. J. Wiley & Sons, Ltd. London, 1982, p. 43.

82. Nadezhdinski A.I., Prokhorov A.M. // Proc. SPIE, №2, p. 1724, 1992.

83. Popov A., Baranov A., Sherstnev V., Yu. Yakovlev, Scheumann В., Mucke R., Werle P. // Progr. and Abstr. 4th Int. Symp., Freiburg, 1994.

84. Baranov A.N., Imenkov A.N., Sherstnev V.V., Yakovlev Yu.P. // Appl. Phys. Lett. V.64, p. 2480, 1994.

85. Aidaraliev M., Zotova N.V., Matveev B.A., // Semicond. Sci. Technol., № 2, p. 1575, 1993.

86. Choi H.K., Turner G.W., Eglash S.J., // Appl. Phys. Lett., № 65, p. 2251, » 1994.

87. Zhang J.H. // Appl. Phys. Lett., № 66, p. 118, 1995.

88. Faist J., Capasso F., Sivko D.L., Sirtori C., Hutchinson A.L., // Science, V. 264, p. 553, 1994.

89. Nadezhdinski A.I., Prokhorov A.M. Applications Tunable Diode Lasers // SPIE, V. 1724, 1992, p. 2.

90. Kavaya M. Laser Focus World, N 1, p. 27, 1991.

91. Lucas J. // Infr. Phys., V. 25, N 1,2, p. 227, 1985.

92. Pierson R.H., Fletcher A.N. // Analytical Chem., V. 28, N 8, p. 1218, 1956.

93. Баранов A.H., Именков A.H., Капранчик О.П., Лит-вак A.M. // Письма ЖТФ, Т. 16, №19, 1990.

94. Баранов А.Н., Гребенщикова Е.А., Джуртанов Б.Е., Данилова Т.Н. // Письма ЖТФ, Т. 14, вып. 20, с. 1839, 1988.

95. DeWinter J.C., Pollack М.А.,. Srivastava А.К, Zyskind J.L. // J.Electron. Mater., V. 14, № 6, p. 729, 1985.

96. Андреев И.А., Афраилов M.A., Баранов A.H., Данильченко В.Г., Мирсагатов М.А. // Письма ЖТФ, Т. 12, вып. 21, с. 1311, 1986.

97. Tournie Е., Lazzari J.-L., Villemain Е., Joullie А. // Electron. Lett., V. 27, № 14, p. 1237, 1991.

98. Hasenberg T.C., Miles R.H., Kost A.R., West L. // IEEE Quant. Electron, V. 33, p. 1403, 1997.

99. Baranov A.N., Bertru N., Cumminal Y., Boissier G. // Appl. Phys. Lett., V. 71, p.735, 1997.

100. Meyer J.R., Homan C.A., Bartoli F.J. // Appl. Phys. Lett., V. 67, p. 757, 1955.

101. Михайлова М.П., Моисеев К.Д., Ершов О.Г., Яковлев Ю.П. // ФТП, №30, с.399, 1996.

102. Михайлова М.П., Титков А.Н. // Semicond. Sci. Techn., V. 9, p. 1279, 1994.

103. Воронина Т.Н., Лагунова Т.С., Михайлова М.П., Моисеев К.Д. // ФТП, №30, с. 985, 1996.

104. Воронина Т.И., Лагунова Т.С., Михайлова М.П., Моисеев К.Д. // ФТП, №31, с. 897,1997.

105. Воронина Т.И., Лагунова Т.С., Михайлова М.П., Моисеев К.Д. // ФТП, №32, с. 215, 1998.

106. Воронина Т.И., Лагунова Т.С., Михайлова М.П., Моисеев К.Д. // ФТП, №34, с. 194, 2000.

107. Mikhailova М.Р., Bazhenov N.L., Berezovets.A. V., Chernyaev A.V. Proc. of Int. Symp. Nanostructures: Physic and Technology. St. Petersburg, Russia, June 23-27,1997. P. 152.

108. Афраимов M.A., Баранов A.H., Дмитриев А.П., Михайлова М.П., // ФТП, №24, с. 1397, 1990.

109. Евтихиев В.П., Гарбузов Д.З., Соколова З.Н., Тарасов И.С. // ФТП, №19, с. 1420, 1985.

110. Garbuzov D.Z., Antonishkis N.Yu., Bondarev A.D., Gulakov A.B. // IEEE J. Quant. Electron., V.27, p. 1531, 1991.

111. Mawst L.J., Bhattacharya A., Lopez J., Botez D. // Appl. Phys. Lett., V.69, p. 1532, 1996.

112. Al-Muhanna A., Mawst L.J., Botez D., Garbuzov D.Z. // Appl. Phys. Lett., V.73,p. 1182, 1998.

113. Gokhale M.R., Dries J.C., Studenkov P.V., Forrest S.R., Garbuzov D.Z. // IEEE J. Quant. Electron., V. 33, p. 2266, 1997.

114. Al-Muhanna A., Mawst L.J., Botez D., Garbuzov D.Z., Martinelli R.U. // Appl. Phys. Lett., V. 73, p. 1182, 1997.

115. Adachi S. Physical Properties of 3-5 Semiconductor Compounds John Wiley & Sons Inc., 1992.

116. Botes D. // Appl. Phys. Lett., V. 74, p. 3102, 1999.

117. Mawst L.J., Bhattacharya A., Nesnidal M., Lopez J. // Appl. Phys. Lett., V. 67, p.2901, 1995.

118. Тарасов И.С., Гарбузов Д.З., Евтихиев В.П., Овчинников A.B. // ФТП, №19, с.1496, 1985.

119. Temkin H., Coblentz D., Logan R.A., van der Zil J.P., Tanbunek T. // Appl. Phys. Lett., V.62, №19, p. 2402, 1993.

120. Goldstein L., Glass F., Marzin J.Y., Charasse M.N. // Appl. Phys. Lett., V.47, p. 1099, 1985.

121. Guha S., Madhukar A., Rajkumar K.C. // Appl. Phys. Lett., V. 57, p.2110, 1990.

122. Moison M., Houzay F., Barthe F., Leprince L. // Appl. Phys. Lett., V. 64, p. 196, 1994.

123. Huaker D.L., Park G., Zou Z., Shchekin O.B. // Appl. Phys. Lett., V.73, p. 2564, 1998.

124. Жуков A.E., Ковш A.P., Егоров А.Ю., Малеев Н.А. // ФТП, №33, с. 180, 1999.

125. Nishi К., Saito Н., Sugou S., Lee J. S. // Appl. Phys. Lett., V. 74, p. 1111, 1999.

126. Леденцов H.H., Устинов B.M., Щукин В.А., Алферов Ж.И. // ФТП, №32, с. 385, 1998.

127. Байдусь Н.В., Звонков Б.Н., Филатов Д.О., Гущина Ю.Ю. / Матер. Всерос. совещ. "Зондовая микроскопия-99". 10-13 марта 1999, Нижний Новгород, 164 с.

128. Локальная атомная структура нанокристаллического GaAs по данным EXAFS-исследований. / Р.Г. Валеев, А.Н. Деев, Ю.В. Рац, Ю.А. Бабанов, П.Н. Крылов, В.Ф. Кобзиев, С.Ф. Ломаева // Фтп, 2001. Т. 35, вып. 6, с. 655-657.

129. Курышев Г.Л., Ковчавцев А.П., Валишева Н.А. Электронные свойства структур металл-диэлектрик-полупроводник на основе InAs // Фтп, 2001. Т. 35, вып. 9. С. 1111-1119.

130. Кикучи P. (Kikuchi R.) Теория построения фазовых диаграмм состояния трехкомпонентных полупроводниковых систем, образованных из элементов групп III и V. (Реферат).- М.: Всесоюзный центр переводов, 1981. Т. 103В.-С. 41-56.

131. Лунин Л.С., Аскарян Т.А., Овчинников В.А. Фазовые равновесия в многокомпонентных системах А3В5. / Межвуз.сб. Кристаллизация и свойства кристаллов. 1993. С. 50-56.

132. Лозовский В.Н., Лунин Л.С. Пятикомпонентные твердые растворы соединений АШВУ. (Новые материалы оптоэлектроники) Ростов-на-Дону: издательство РГУ, 1992.

133. Onabe К. Thermodinamics of type Ai.xBxCi.yDy III-V quoternary solid solutions // J. Phis. Chem. Solids. 1982.43.11. 1071-1086.

134. Попов В.П., Лозовский B.H. О нестабильности линейных зон при зонной плавке с градиентом температуры.// В кн.: Вопросы физики полупроводников. Новочеркасск. -1967. - Т. 170. - С. 59-62.

135. Seidenstiker R.G. Kinetic effects in temherature gradient zone melting // J. Ellectrochem. soc.-1966.-v. 113, N2.-P. 152-159.

136. Литвак A.M., Чарыков Н.А. Новый термодинамический метод расчета фазовых диаграмм двойных и тройных систем, содержащих In, Ga, As и Sb. // Неорг. материалы. 1991. Т.27. №2. С.225-230.

137. Благина Л.В. Кристаллизация твердых растворов InSbBi, AlInSbBi и AlGalnSbBi с заданным энергетическим спектром в поле температурного градиента. дис. канд. техн. наук - Новочеркасск, 2001.

138. Гиббс Д.В. Термодинамика. Статистическая механика: Пер. с англ. — М.: Наука, 1982. 582 с.

139. Кауфман Л., Берстейн X. расчет диаграмм состояния с помощью ЭВМ: Пер. с англ. М.: Мир, 1972. - 326 с.

140. Глазов В.М. // Ж. физ. химии, 1977, т. 51, №10. С. 2549-2552.

141. Хачатурян О.А., Авакян М.С., Аракелян В.Б. Влияние постоянного тока на процессы жидкофазной эпитаксии. Ереван, 1987. 57 с.

142. Разумовский П.И. Разработка физико-химических основ получения пятикомпонентных твердых растворов InGaAsSbP в поле температурного градиента. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, г. Новочеркасск, 2000 г.

143. Auger P., Compt. Rend., V. 180, p. 65,1925.

144. Siegbahn K. et al., ESCA: Atomic, Molecular and Solid State Structure Studied by Means of Electron Spectroscopy, Almqvist and Wiksells, Uppsala, 1967. (Имеется перевод: К. Зигбан и др. Электронная спектроскопия. — М.: Мир, 1971).

145. Banna М. S., Shirlett D. A., Chem. Phys. Lett., V. 33, p. 441, 1975.

146. Scofield J. H., Journ. Electron Spectr., V. 8, p. 129, 1976.

147. Klemperer O., Shepherd J. P. G., Adv. Phys., 12, 355 (1963); Daniels J. et al. — В кн.: Springer Tracts in Modern Physics, vol. 54,1970, p. 77.

148. Davis L.E., Wagner C.D. et al., Handbook of X-Ray Photoelectron Spectroscopy, Perkin-Elmer Corporation, Physical Electronics Division, Eden Prarie, Minnesota, 1978.

149. Айнбунд M.P., Коваленко В.Г., Поленов Б.В. Характеристики каналовых электронных умножителей с раструбом на входе // ПТЭ. 1974. -№ 4. — С. 154-156.

150. Валюхов Д.П., Звеков В.Ю., Хабибулин И.М. Рентгеноэлектронный спектрометр, управляемый цифроаналоговым комплексом на базе IBM PC/AT. //ПТЭ. 1998. № 2. С. 162-163.

151. Айнбунд М.Р., Поленов Б.В. Вторично-электронные умножители открытого типа и их применение. -М.: Энергоиздат, 1981. 140 с.

152. Яковенко А.В. Сглаживание спектров с использованием информации о частотном составе шума // ПТЭ. 1991. № 5. - С.91-94.

153. Волков С.С., Китаева Т.И., Соловьев А.В., Толстогузов А.Б. Количественный анализ полупроводниковых материалов методами масс-спектрометрии вторичных ионов // Поверхность. 1993. - № 6. — С. 38-44.

154. Лозовский В.Н., Лунин Л.С., Благин А.В. Градиентная жидкофазная кристаллизация многокомпонентных полупроводниковых материалов. Ростов н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ, 2003. 376 с.

155. Расчет поверхностей ликвидус и солидус тройной системы Ga-In-Sb. С.В. Лисицын, Д.П. Валюхов, В.Я. Зленко, И.М. Хабибулин / Материалы 3-й научно-технической конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии», Кисловодск 2003.

156. Bloom G.M., Plaskett T.S. Indium-gallium-antimony ternary phase diagram // J. Electrochem. Soc. 1971. V. 118. № 11. P. 1831 -1834.

157. Лисицын С.В. Получение и исследование висмутсодержащих структур-J сна основе соединений А В / Материалы 3-й научно-технической конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии», Кисловодск 2003.

158. Термодинамика равновесия жидкость-пар. Л.: Химия. 1989. 244 с.

159. Исследование поверхности многокомпонетных полупроводников на основе А3В5. А.В. Благин, Д.П. Валюхов, С.В. Лисицын, Л.С. Лунин, И.М. Хабибулин / Материалы XXXI научно-техническая конференция по результатам работы ППС за 2000г., ч.1. С.51.

160. Оже-анализ многокомпонентных гетероструктур на основе соединений А3В5. С.В. Лисицын, Д.П. Валюхов, И.М. Хабибулин, А.В. Благин / Сборник научных трудов. Серия «Физико-Химическая», выпуск 6. -С. 42. Ставрополь, 2002.

161. Изучение свойств алюминийсодержащих гетероструктур на основе соединений А3В5 / С.В. Лисицын, Д.П. Валюхов, И.М. Хабибулин, А.В.

162. Благин // Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета, сер. физико-химическая, №1. С. 72. Ставрополь, 2003.

163. Исследование многокомпонентных висмутсодержащих гетероструктур на основе соединений А3В5 / Д.П. Валюхов, С.В. Лисицын, А.Э. Зорькин, Р.В. Пигулев, И.М. Хабибулин, А.В. Благин // Изв. вузов «Физика» № П.Томск, 2003.

164. Дж. Эмсли. Элементы. М.: Мир, 1993. 256 с.

165. Кессельман П.М., Иншаков С.А., Угольников А.П. Термодинамические свойства жидкостей и плотных флюидов. Часть 1. Жидкие системы. / Обзоры по теплофизическим свойствам веществ, №4. М., 1992.