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

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

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″).

Full Text

Restricted Access

About the authors

Л. С. Лунин

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

Author for correspondence.
Email: lunin_ls@mail.ru
Russian Federation, 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
Russian Federation, 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
Russian Federation, ул. Просвещения, 132, Новочеркасск, 346428

References

  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

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Concentration dependences of AlxGayIn1–x–y SbzP1–z/InP(100) isoperiodic lines (dotted lines indicate areas of compositions subject to decomposition; numbers indicate the content of aluminum in the solid solution).

Download (106KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Concentration dependences of the band gap width Eg(x, y, z) of the AlxGayIn1–x–y SbzP1–z/InP(100) heterostructure (the dotted line indicates the regions of compositions subject to decay; numbers are the Al content (x), z = 0.2, ▲ are experimental data).

Download (90KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Composition regions of direct-band G–G (1) and indirect-band G–X (2) transitions in Al0.1GayIn0.9–ySbzP1–z solid solutions; composition region (3) corresponds to solid solutions matched by CTE (δα ≤ 5%).

Download (126KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Regions of spinodal decomposition of solid solutions AlxGayIn1–x–ySbzP1–z (numbers indicate the concentration of aluminum (x); the shaded part corresponds to the region of spinodal decomposition of the solid solution with a CTE mismatch of δα ≈ 0.1%).

Download (185KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Profile of the distribution of components by the depth of the AlxGayIn1–x–ySbzP1–z epitaxial layer, obtained by Auger spectroscopy.

Download (99KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Dependences of the synthesis rate of the Al0.1Ga0.2In0.7Sb0.2P0.8 ​​solid solution on the InP(100) substrate on the zone thickness l at Сж0 = 0.3 (1) and 0.1 mole fraction (2), temperature gradient G (3) and temperature (4).

Download (125KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Typical diffraction patterns of Al0.1Ga0.2In0.7Sb0.2P0.8/InP(100) heterostructures at different process parameters: a – T = 823 K, l = 200 μm, G = 20 (1), 40 (2), 60 K/cm (3); b – T = 823 K, G = 10 K/cm, l = 20 (1), 200 (2), 350 μm (3); c – BH/2(l) dependence.

Download (481KB)
Indexing metadata
9. Rice. 8. PL spectra of heterostructures Ga0.2In0.8P/InP(100) (1), Ga0.2In0.8Sb0.2P0.8/InP(100) (2), Al0.1Ga0.2In0.7Sb0.2P0.8/InP(100) (3).

Download (79KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences