<div>
	Особенности выращивания твердых растворов Ga<sub>1–x</sub>In<sub>x</sub>As на подложках GaAs в поле температурного градиента через тонкую газовую зону</div>

Девицкий Олег Васильевич, Лунин Леонид Сергеевич, Митрофанов Даниил Вячеславович, Сысоев Игорь Александрович, Никулин Дмитрий Александрович, Чапура Олег Михайлович

doi:10.17586/2226-1494-2023-23-4-703-710

2023 , ТОМ 23, НОМЕР 4 ( июль-август )

ISSN 2226-1494 (print), ISSN 2500-0373 (online)

Меню

Публикации

Главный редактор

НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор

Партнеры

doi: 10.17586/2226-1494-2023-23-4-703-710

УДК 539.23

Особенности выращивания твердых растворов Ga_1–xIn_xAs на подложках GaAs в поле температурного градиента через тонкую газовую зону

Девицкий О.В., Лунин Л.С., Митрофанов Д.В., Сысоев И.А., Никулин Д.А., Чапура О.М.

Читать статью полностью

Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:

Девицкий О.В., Лунин Л.С., Митрофанов Д.В., Сысоев И.А., Никулин Д.А., Чапура О.М. Особенности выращивания твердых растворов Ga_1–xIn_xAs на подложках GaAs в поле температурного градиента через тонкую газовую зону // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2023. Т. 23, № 4. С. 703–710. doi: 10.17586/2226-1494-2023-23-4-703-710

Аннотация

Введение. Твердый раствор Ga_1–xIn_xAs имеет широкое применение в современной оптоэлектронике в качестве материала для p-i-n фотодетекторов и лазеров, излучающих в спектральном диапазоне 1,3–1,55 мкм. Исследованы особенности получения пленок Ga_1–xIn_xAs методом зонной перекристаллизации градиентом температур. Смысл метода заключается в последовательной перекристаллизации частей расплава источника, движущегося под действием температурного градиента. Метод. В поле температурного градиента 30 К/см через тонкую газовую зону в специально разработанной графитовой кассете получены пленки Ga_1–xIn_xAs на подложках GaAs при температуре 1123 К. В качестве газа носителя использована смесь азота и водорода в соотношении 1:1. Толщина газовой зоны между источником и подложкой составила 1 мм, время осаждения для всех пленок — 10 мин. Основные результаты. Исследована кинетика роста, морфология и структура химических связей полученных пленок. По результатам теоретического расчета установлено, что увеличение концентрации индия приводит к понижению скорости роста пленок до 0,3137 мкм/мин. Выполнено сравнение теоретического расчета и экспериментальных данных, которое показало расхождение значений скорости роста для пленок с концентрацией индия в ростовом источнике более 20 %, что связано с сегрегацией индия на поверхность пленки. Среднеквадратическая шероховатость пленок составила от от 9,1 до 24,2 нм. Подтверждено, что содержание индия в ростовом источнике существенно влияет на свойства выращенных пленок и приводит к уменьшению скорости роста, увеличению упругих напряжений в слое и нестехиометрическому составу пленки. Установлено, что с увеличением концентрации индия в пленке наблюдается существенное смещение частоты LO- и TO-фононных мод GaAs влево на 13 и 16 см^–1соответственно из-за влияния упругих механических напряжений. Обсуждение. Представленные результаты продемонстрировали, что методом зонной перекристаллизации в градиенте температур получены пленки твердого раствора Ga_1–xIn_xAs, которые имеют ближний порядок химических связей.

Ключевые слова: поле температурного градиента, тонкая газовая зона, соединения III–V, Ga1–xInxAs, рамановская спектроскопия, атомно-силовая микроскопия

Благодарности. Работа выполнена в рамках государственного задания ФИЦ ЮНЦ РАН № 122020100254-3 (исследования морфологии поверхности пленок) и № 122020100326-7 (рамановские исследования и определение химического состава), а также с использованием ресурсов центра коллективного пользования Северо-Кавказского федерального университета и при финансовой поддержке Минобрнауки России, уникальный идентификатор

Список литературы

Zimmer M., Trachtmann A., Jetter M., Michler P. MOVPE grown InGaAs quantum dots with emission near 1.3 µm for electrically driven single-photon sources // Journal of Crystal Growth. 2023. V. 605. P. 127081. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2023.127081
Ozturk O., Ozturk E., Elagoz S. Linear and nonlinear optical absorption coefficient and electronic features of triple GaAlAs/GaAs and GaInAs/GaAs quantum wells depending on barrier widths // Optik. 2019. V. 180. P. 394–405. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2018.11.091
Paulauskas T., Pačebutas V., Geižutis A., Kamarauskas M., Drazdys M., Rudzikas M., Kondrotas R., Naujokaitis A., Nevinskas I., Šebeka B., Strazdienė V., Krotkus A. Performance analysis of GaAsBi/InGaAs heterostructure for III-V multi-junction solar cells // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2022. V. 248. P. 112013. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2022.112013
Nishiyama S., Takenaka C., Kusunoki T., Fujii T., Nakajima K. LPE growth of InP and InGaAs on MQW layers below 500°C // Journal of Crystal Growth. 1990. V. 104. N 4. P. 809–814. https://doi.org/10.1016/0022-0248(90)90106-U
Bahari A., Salianeh M.G., Biranvand N. Structural nonlinear effects in In_0.53Ga_0.47As/GaAs heterostructure bipolar transistor lasers // Optik. 2015. V. 126. N 24. P. 5249–5252. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2015.08.269
Li Y., Yan X., Zhang X., Wu Ch., Zheng J., Zha Ch., Fu T., Gong L., Ren X. Low-threshold miniaturized core-shell GaAs/InGaAs nanowire/quantum-dot hybrid structure nanolasers // Optics and Laser Technology. 2022. V. 152. P. 108150. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2022.108150
Chen X., Xiao Y., Cheng Y., Zhang Z., Gou Y., Wang J. MOCVD growth and thermal stability analysis of 1.2 µm InGaAs/GaAs multi quantum well structure // Journal of Alloys and Compounds. 2022. V. 922. P. 166173 https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.166173
Mintairov S.A., Emelyanov V.M., Rybalchenko D.V., Salii R.A., Timoshina N.K., Shvarts M.Z., Kalyuzhnyy N.A. Heterostructures of metamorphic GaInAs photovoltaic converters fabricated by MOCVD on GaAs substrates // Semiconductors. 2016. V. 50. N 4. P. 517–522. https://doi.org/10.1134/S1063782616040163
Devitsky O.V., Zakharov A.A., Lunin L.S., Sysoev I.A., Pashchenko A.S., Vakalov D.S., Chapura O.M. Influence of magnetron sputtering conditions on the structure and surface morphology of In_xGa_1–xAs thin films on a GaAs (100) substrate // Condensed Matter and Interphases. 2022. V. 24. N 3. P. 300–305. https://doi.org/10.17308/kcmf.2022.24/9851
Lunin L.S., Lunina M.L., Devitsky O.V., Sysoev I.A. Pulsed laser deposition of Al_xGa_1–xAs and GaP thin films onto Si substrates for photoelectric converters // Semiconductors. 2017. V. 51. N 3. P. 387–391. https://doi.org/10.1134/S1063782617030174
Сысоев И.А. Эпитаксия твердых растворов соединений A^IIIB^VIс микро- и наноструктурой в поле температурного градиента: диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Ставрополь, 2010.
Gorbatchev A., De Anda Salazar F., Galván Montalvo J.A., Michournyi V. Peculiarities of the thermodynamic conditions to grow InGaAs epitaxial layers by LPE on GaAs substrate at low temperatures // MRS Advances. 2021. V. 6. N 46. P. 1005–1009. https://doi.org/10.1557/s43580-021-00198-8
Лозовский В.Н., Лунин Л.С., Попов В.П. Зонная перекристаллизация градиентом температуры полупроводниковых материалов. М.: Металлургия, 1987. 232 с.
Сысоев И.А., Лунин Л.С. Градиентная эпитаксия для получения микро- и наноструктур твердых растворов AIIIBVчерез тонкую газовую фазу. Ставрополь: Изд-во СКФУ, 2015. 94 с.
Куликов И.С. Термодинамика оксидов. М.: Металлургия, 1986. 344 с.
Dehaese O., Wallart X., Mollot F. Kinetic model of element III segregation during molecular beam epitaxy of III‐III’‐V semiconductor compounds // Applied Physics Letters. 1995. V. 66. N 1. P. 52–54. https://doi.org/10.1063/1.114180
Zheng Y.-J., Lam A.M., Engstrom J.R. Modeling of Ge surface segregation in vapor-phase deposited Si_1-xGe_x thin films // Applied Physics Letters. 1999. V. 75. N 6.P. 817–819. https://doi.org/10.1063/1.124523
Pashchenko A.S., Devitsky O.V., Lunin L.S., Kasyanov I.V., Nikulin D.A., Pashchenko O.S. Structure and morphology of GaInAsP solid solutions on GaAs substrates grown by pulsed laser deposition // Thin Solid Films. 2022. V. 743. P. 139064. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2021.139064

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License

Особенности выращивания твердых растворов Ga1–xInxAs на подложках GaAs в поле температурного градиента через тонкую газовую зону

Особенности выращивания твердых растворов Ga_1–xIn_xAs на подложках GaAs в поле температурного градиента через тонкую газовую зону