автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Исследование процессов роста и свойств многокомпонентных полупроводников с заданной субструктурой в системах Ga-Sb-Bi, In-Sb-Bi и Ga-In-As-Sb-Bi

На правах рукописи ПОДЩИПКОВ Дмитрий Геннадиевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РОСТА И СВОЙСТВ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ с ЗАДАННОЙ СУБСТРУКТУРОЙ В СИСТЕМАХ ва-БЬ-В^ 1п-БЪ-В1 и Са-Ы-Аэ-БЬ-т

05.27.06 - "Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени.'Л кандидата технических наук,,' '

°ч "О-'-"

Ставрополь - 2009

003471729

Работа выполнена в лаборатории "Кристаллы и структуры для твердотельной электроники" Южного научного центра РАН

Научный руководитель - доктор физико-математических наук,

профессор БЛАГИН Анатолий Вячеславович

Официальные оппоненты - доктор химических наук,

профессор ВАЛЮХОВ Дмитрий Петрович

- кандидат технических наук,

доцент ТРУФМАНОВ Алексей Петрович

Ведущая организация - НИИ физики Южного федерального университета, г. Ростов-на-Дону

Защита состоится 11 июня 2009 года в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.245.03 по присуждению ученой степени доктора (кандидата) наук при ГОУ ВПО «Северо-Кавказский государственный технический университет» по адресу: 355029, г. Ставрополь, пр. Кулакова 2

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Северо-Кавказский государственный технический университет»

Автореферат разослан 08 мая 2009 г.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью учреждения, следует направлять ученому секретарю диссертационного совета Д 212.245.03 по адресу: 355029, г. Ставрополь, пр. Кулакова 2

Ученый секретарь

Диссертационного Совета к. х. н.

С.Э.Хорошилова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современная технология материалов электронной техники подошла к новому рубежу - синтезу сложных кристаллических полупроводников с заданной субструктурой. Субструктура подразумевает сложную внутреннюю геометрию, в частности, наличие нескольких слоев и/или встроенных каналов с отличающимся от соседних областей составом, а также систем островков, образующих тонкую пленку, и т.д.[1]. Если характерные размеры элементов субструктуры достаточно малы (сотни нм и менее), возможно проявление так называемых квантово-размерных эффектов - новых физических явлений, обусловленных пространственным ограничением. В основе указанных явлений лежит наличие в полупроводниковых материалах с субструктурой многоуровневого энергетического спектра, в том числе, сверхпериодического потенциала. Такие полупроводники рассматриваются в качестве элементной базы электронных приборов нового поколения - электрооптических модуляторов, лазеров с перестраиваемой частотой генерации, высокочастотных когерентных излучателей и сверхчувствительных фотоэлектрических датчиков. Для реализации данных задач используются твердые растворы А3В5.

В качестве объектов исследования выбраны системы Са-5/нВ/, ¡п-БЬ-Ш и Са-Ы-Ая-БЬ-Ш. Синтез новых материалов - полупроводниковых структур СаЗЬ<В1>/СаБЬ, 1пБЪВ1, в том числе, многослойных, и Са1пАх8Ь<В1> , в том числе, островковых пленок - основа новых технических решений высокоэффективных фотоприемников в вариантах р-1-п- фотодиодов и лавинных фотодиодов. Сообщений о получении гетероструктур 1пСаА$<Ш>/1пАз и 1пОоАбБЬ<В 1>/1пАя, обладающих сложным энергетическим спектром, в том числе, с прототипами квантовых точек, вообще нет. Метод градиентной жидкофазной эпитаксии (ГЖЭ) с точки зрения получения твердых растворов с заданной субструктурой на основе 1пАя практически не исследовался. Поэтому тема работы является актуальной с научной и с прикладной точек зрения

Целью работы является исследование условий роста, структурного совершенства и фотоэлектрических свойств гетерослоев с заданной субструктурой в системах !п5Ь1_хЩх/1пБЬ, СаБЬ,.х В1„/Оа5Ь и Gaylni.yAsi.jc БЬх<В1>/1пА5.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

1) исследование фазовых равновесий в двухфазных системах 1п—БЬ- Вг, Са-БЬ-В1 и Сд - 1п-Ах~5Ь - ВЦ

2) установление закономерностей эпитаксиального роста многокомпонентных полупроводников с заданной субструктурой на основе твердых растворов, изопериодных йаЯЬ, 1пЕЬ и 1пАз, для достижения новых возможностей существующих приборов;

3) разработка технологии получения многослойных гетерокомпозиций 1пБЬ,_х В1/1пЗЬ и СаБЬ¡^Вг/СаБЪ с толщинами слоев порядка 100 нм, а также островковых пленок Са^п¡.¡Ая¡.¿5Ьх<Ш>/1пАъ с линейными размерами островков не более 500 нм:

4) исследование физических свойств гетероструктур твердых растворов, изопериодных 1п8Ь и 1пАх, полученных в условиях ЖФЭ.

Научная новизна работы

1. На основе модели избыточных функций - линейных комбинаций химических потенциалов рассчитаны составы равновесных при температурах роста жидкой и твердой фаз в системах 1п - 5А - Л/, ва - ЗЬ - В1 и Са - 1п~Ак-8Ь - В/ с учетом влияния упругих напряжений.

2. Установлено проявление эффекта Киркендала-Френкеля в двухфазной системе с резким различием ковалентных радиусов атомов компонентов, что является вероятной причиной вхождения в эпитаксиальные слои висмута с содержанием, превышающем расчетный предел растворимости.

3. Экспериментально обоснована возможность формирования полупроводниковых материалов на основе висмутсодержащих твердых растворов с характерными размерами субструктуры в. ~ 100 нм из жидкой фазы в поле температурного градиента.

4. Сформулированы принципы организации контролируемого воздействия на двухфазную систему "многокомпонентный расплав - твердотельная структура" для формирования субструктуры эпитаксиальных слоев.

Основные научные положения, выносимые на защиту*.

1. Возможность получения многослойных структур ¡пБЬ^В^пБЬ и йаБЬ 1_х В^йаБЬ с толщиной слоев 100+150 им в условиях ГЖЭ обеспечивается осуществлением принудительной гидравлической смены растворов в ростовом канале. Формирование каждого последующего слоя начинается при уменьшении времени контакта переохлажденного раствора-расплава с подложкой и смене ячеек, содержащих растворы-расплавы.

2. Рост и растворение островков на поверхности многокомпонентных пленок Оау!п 1.^1 ,Г5ЬХ<Ш>/1пЛл определяются количеством и распределением по площади дислокационных каналов. Указанные характеристики могут быть стабилизированы на стадии градиентной эпитаксии при достаточном (не менее 60% по объему) насыщении смачивающего расплава висмутом.

3. При уменьшении температуры эпитаксии уменьшается влияние упругих напряжений на распределение мольных долей компонентов и на коэффициенты распределения компонентов и, напротив, такое влияние растет при увеличении мольной доли висмута в расплаве.

4. Методика формирования островковых структур в условиях ЖФЭ должна включать следующие принципы: 1) осуществление роста структур с резким различием постоянных решетки подложки и слоя (для структур Оа1пАз8Ь<В>/1пАз - более 4%); 2) осуществление в цикле выращивания снижения температуры по заданной динамической характеристике системы с одновременным сдвигом подложки и приведением ее в контакт с расплавом при температуре, соответствующей нижней границе ликвидуса; 3)обогащение расплава висмутом (до 75 % по мольному содержанию), что служит препятствием коалесценции островков.

5. Организация контролируемого технологического воздействия на двухфазную систему "многокомпонентныйрасплав - твердотельная структура" должна быть основана на следующих принципах:

1) принцип использования разных временных масштабов термодинамических процессов; 2) принцип выбора уровня - пространственного масштаба, на котором осуществляется воздействие; 3) принцип соответствия набора параметров

воздействия спектру реакций системы; 4) принцип использования инерции процессов тепло- и массопередачи.

Практические результаты

- методом градиентной жидкофазной эпитаксии с принудительной гидравлической сменой растворов-расплавов в ростовом канале получены многослойные структуры ШЬ,.хВУ1п5Ь и йаБЬ¡.„ВУОаБЪ;

- в условиях жидкофазной эпитаксии получены островковые пленки Сау1п,.^1.х 8Ьх<В1>/1пАз состава х £ 0.36, у < 0.08 и содержанием висмута (средним по поверхности образца диаметром 30 мм) Л'/' < 0,0004, поверхностные структуры которых имеют характерный размер с1 ~ 100-300 нм и могут рассматриваться в качестве прототипов квантовых точек и цепочек;

- разработана технология формирования слоев висмутсодержащих твердых растворов заданной (с1 ~ 150-200 нм) толщины;

- предложены конструкции оптоэлектронных приборов: фотоприемника на основе многослойной структуры 1п8Ь!.хВ1х/1пБЬ с длиной волны принимаемого излучения X «8,5 мкм и каскадного гетеролазера, работающего на межуровневых переходах с длинами волн генерации Л, - 4,5 мкм и "К и 6,2 мкм на основе многослойной структуры йаЗЬ/.хВ1,/Са8Ь;

- на базе разработанных автором принципов организации контролируемого технологического воздействия на двухфазную систему "многокомпонентный расплав - твердотельная структура сформулирована методология планирования экспериментов по выращиванию многокомпонентных полупроводников с заданной субструктурой.

Апробация результатов работы

Работа выполнена в лаборатории "Кристаллы и структуры для твердотельной электроники" Южного научного центра РАН в рамках базовых тем № 00.05.21 "Разработка теоретических основ формирования многокомпонентных гетероструктур с заданным энергетическим спектром в поле температурного градиента", № 00-08-21 "Процессы дефектообразования и деградации физических характеристик в многокомпонентных гетероструктурах оптоэлектроники" (№ гос.

регистрации 0120.0850125); на кафедре физики Волгодонского института ЮжноРоссийского гос. техн. университета (Новочеркасского политехнического института) в рамках госбюджетной темы № 15.05 "Разработка теоретических основ формирования многокомпонентных твердых растворов с заданной субструктурой".

Основные результаты работы докладывались и обсуждались в 2003-2009 гг на семинарах в лаборатории "Кристаллы и структуры для твердотельной электроники" Южного научного центра РАН, в лаборатории физики полупроводников ВИ(ф) ЮРГТУ (НПИ), на семинарах проблемной лаборатории физики ЮРГТУ (НПИ), на X международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы твердотельной электроники и

микроэлектроники"(Дивноморское, 2006 г.), на VI и VII международных конференциях "Химия твердого тела и современные микро и нанотехнологии" (Кисловодск, 2006 и 2007 гг), V международной научной конференции "Кинетика и механизм кристаллизации в наносистемах" (Иваново, 2008) и российских конференциях "Нанотехнологии - производству" (Фрязино, 2005-2008 гг).

Публикации и вклад автора

По результатам исследований опубликовано 19 печатных работ, в том числе, 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК и одна монография (в соавторстве), в которых изложены основные положения диссертации. Основные результаты работы получены автором самостоятельно.

Структура и объем диссертационной работы

Диссертация состоит из введения, 5 глав и основных выводов, изложена на 162 страницах машинописного текста, содержит 75 рисунков, 14 таблиц и список литературы из 173 наименований.

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

Глава 1 содержит обзор литературных источников, раскрывающих проблематику работы. Проведен критический анализ теоретических и экспериментальных работ, посвященных твердых растворов АШВУ на основе Са5Ь, ¡пБЬ и 1пАя, их свойствам и возможностям применения.

Из проведенного анализа литературных данных следует, что при условии создания методики формирования приборных материалов с заданной субструктурой возникает возможность улучшения структурных, электрофизических и фотоэлектрических характеристик твердых растворов на основе антимонидов индия и галлия, арсенида индия. Рассмотрены особенности условий формирования эпитаксиальных гетероструктур в многокомпонентных системах. Обоснован выбор вычислительных и экспериментальных методов исследования, сформулирована постановка задачи исследований.

Глава 2 посвящена термодинамическим расчетам процессов кристаллизации многокомпонентных структур в системах 1п-8Ь-В1 Оа-5Ь-В1 и Оа-1п-Ая-5Ь-В1.

В основу расчета положена модель "Избыточные функции как линейные комбинации химических потенциалов"(£'/;ХСР) [2], что сделано впервые для систем на основе ГпАб. Приведем здесь только основную расчетную схему. Уравнения фазовых равновесий "многокомпонентная жидкая фаза - твердый раствор" должны быть основаны на равенстве химпотенциалов[3]:

5 I

где ¡-1 ч и химические потенциалы компонентов в многокомпонентных твердом и жидком растворах. Для определения величин коэффициентов активности вводятся избыточные термодинамические функции компонентов расплава (у, -коэффициентов активности г-го компонента расплава) использовали основное уравнение модели ЕРЬСР для системы из пяти компонентов:

где Я - молярная газовая постоянная, Т - температура (К), х, - мольная доля ¡-го компонента расплава, аи, Ду - параметры модели.

Параметр а0 представляет собой удвоенное изменение свободной энергии Гиббса (АС) при образовании одного моля жидкого соединения у из одного моля жидких компонентов I и ) без учета вклада энтропии идеального смешения и рассчитывается через стандартные химические потенциалы жидких компонентов / ¡1' и соединений у ¡1'^, которые, в свою очередь, находятся из стандартных термодинамических функций для соответствующих соединений и компонентов:

(2)

Тт1 Т

= я;(г).га(° = + | с'р1с/т+лнт. + | ар}(гг-

Т„ Гил,/

где , S°Ja, C'pj, C'pi, Tml, ЛЯМ/ - стандартные энтальпия, энтропия, изобарные теплоемкости в твердом и жидком состоянии, температура и энтальпия плавления соответственно, Т0 - начальная температура процесса. В качестве таких параметров, если нет экспериментальных данных для более сложных растворов, используются параметры взаимодействия этих соединения в тройном растворе A/BjBk. Из данных по стандартным и избыточным термодинамическим функциям компонентов расплава рассчитываются химические потенциалы всех шести бинарных соединений AnlBv (AC, AD, АЕ, ВС, BD, BE) в расплаве пятикомпонентной системы A-B-C-D-E:

Изложенная схема расчета фазовых равновесий реализована в интегрированной среде разработке Borland С++ Builder 6.0. Проведенное моделирование фазовых равновесий пятикомпонентных систем дает возможность прогнозировать свойства кристаллизуемых в процессе ГЖЭ эпитаксиальных слоев и в ряде случаев может являться основой воспроизводимого синтеза многокомпонентных материалов электронной техники. В системе In - Ga -As - Sb -Bi возможна кристаллизация гетероструктур Ini_zGa2As1.)t.ySbyBiy/InAs с малыми концентрациями висмута - до 0,2, галлия - до 6, и сурьмы - до 24 ат. %. Рассмотренная методика может быть с успехом применена для исследования других соединений А3В5, изопериодных арсениду индия.

В 3-й главе описано технологическое оборудование, которое использовалось для получения многослойных гетеросистем методом ЖФЭ, разработана технология получения многослойных упругонапряженных структур 1п8Ь,.хШх/1пЗЬ и Са5Ь¡.х ВУСаБЬ с принудительной гидравлической сменой растворов в ростовом канале и технология получения слоев заданной толщины за счет изменения размеров ячеек, содержащих растворы-расплавы. Точность проведения технологического процесса обеспечивалась регулированием основных параметров с помощью ЭВМ.

Технология получения многослойных структур с принудительной гидравлической сменой растворов в ростовом канале позволяет получать сверхтонкие слои порядка 100 нм. В основе нее лежат идеи снижения температур эпитаксиального наращивания, уменьшения времен роста и ограничения объемов используемой жидкой фазы[4]. Раствор помещается в тонком зазоре, между подложкой и источником (указан стрелкой на рис. 1), при этом замена растворов осуществляется путем их принудительной прокачки через капиллярный канал в релаксационном режиме (с остановкой течения раствора).

Для исключения подрастворения предыдущих слоев, использовались предварительно переохлажденные растворы-расплавы. Для многослойной структуры ¡пБЬ¡^¡¿¡пЗЬ величина переохлаждения составила 9,5 - 12,5 К, для многослойной структуры ОаБЬ:.хВ ¡/ОаБЬ - 13,5 - 17 К. Допустимое переохлаждение ограничивается сверху величиной 15 К для системы /п56¡^В^пБЬ и 20 К для системы СаБЬ¡.¡.ВуСаБЬ вевязи с повышением вероятности спонтанной кристаллизации а так же большими скоростями эпитаксиального роста.

Был выбран следующий температурный интервал проведения эпитаксии: для ЫЬ^ВУЫБЬ - 620 - 645 К; для СаБЬ^^уСаБЬ - 896 - 906 К. Верхняя граница обусловлена сильным увеличением скорости роста основных и вспомогательных слоев, нижняя граница определялась началом процесса кристаллизации. Величина температурного градиента составила 25-35 К для системы 1пБЬ].хВ1х/1п5Ь и 15 - 30 К для системы СаБЬ,_хВ1/СаЯЬ. Была выбрана толщина канала 100 - 500 мкм. С уменьшением толщины канала наблюдались трудности в обеспечении параллельности подложки и источника.

Рис. 1. Схема энитаксии в ростовом канале: 1,4- подложки, 2 - стенки канала, 3 - источник

Разработана технология получения многослойных упругонапряженных гетерокомпозиций в основе которой лежит идея уменьшения времени контакта переохлажденного раствора-расплава за счет увеличения скорости перемещения подложки относительно растворов-расплавов в ячейках уменьшенных размеров.

Рис. 2. Схема графитовой лодочки для жидкофазной эпитаксии многослойных гетероструктур: 1 - неподвижный корпус кассеты; 2 - подвижный слайдер; 3 - подложка; 4 - ячейки для волноводных слоев; 5 - ячейки для растворов-расплавов

Рис. 3. Фото многослойных структур - 1п8ЬВ|/1п8Ь, ув.х8 104 (а), Са8ЬВ1/Са8Ь, ув.х 104 (б)

Формирование многослойной гетероструктуры происходит за один процесс перемещения подложки относительно ячеек с растворами-расплавами, что позволяет обеспечить постоянную скорость перемещения подложки относительно всех ячеек и, как следствие, одинаковую толщину квантовых ям.

Изменение толщин эпитаксиальных слоев различных составов достигается за счет изменения размеров ячеек, содержащих растворы-расплавы. Нами была использована кассета (рис. 2)[1], позволяющая формировать многослойные структуры InSb¡.xBiJJnSb и GaSb¡JliJCaSb. На рис. 3 представлены микрофотографии многослойных структур lnSb¡.xBi/InSb и GaSb¡.x Bi/GaSb с толщинами слоев около 0,15 мкм.

В четвертой главе обсуждаются результаты теоретических и экспериментальных исследований закономерностей кинетики кристаллизации эпитаксиальных слоев твердых растворов GaSbBi и GalnAsSbBi в поле температурного градиента Рост пленок твердого раствора Gayln,.yAsi. JSbx<Bi>/lnAs по разработанной методике производится из ограниченного объема раствора-расплава, поэтому при соблюдении определенных технологических условий, в частности, скорости охлаждения, толщины жидкой зоны, вида металла-растворителя, можно добиваться положительных результатов без последующего удаления остатков расплава.

Для получения островковых пленок была разработана кассета с наличием предварительной подпитывающей подложки, находящейся в таких же температурных условиях, что и подложка для выращивания. Температурно-временной режим (ТВР) управлялся с использованием программы автоматической поддержки с использованием так называемой динамической характеристики, позволяющей контролировать и использовать процесс теплопереноса. Программа поддержки ТВР учитывает инерционность и позволяет удерживать температуру на границе температуры солидуса (выше на 0,05-Ю, 1 К).

Скорость роста пленок составляла около 200 нм/мин. На рис. 4 приведены фотографии поверхности пленки GayIn¡.yAsi.xSbx<Bi>/InAs, полученные на атомно-силовом микроскопе "Solver HV". Размеры островков составляют от 150 до 500 нм. Это пилотные образцы; определены пути достижения приборного уровня, т.е., возможности получения пленок с минимальным разбросом островков по латеральным размерам и однородным распределением по площади подложки.

(в)

(г)

Рис. 4. Участки поверхности пленки Ga/nj.yAsi^Sb^Bl^nAs, полученные на атомно-силовом микроскопе "Solver HV". Увеличение 104 Температура роста Т, К: а) - 695, б) - 683, в) - 680, г) - 678.

ММ

Результаты экспериментов показали, что обогащение висмутом расплава до 70-75 мол. % позволяет подавить коалесценцию островков, наблюдаемую при меньшем содержании висмута, отвечающем равновесной фазовой диаграмме[5].

На рис. 5 представлены экспериментальные зависимости и{1) для систем GaSb (кривая 2, Ga-зонэ), GalnSb (3, Ga-In-зона), GaSbBi (4, Ga-Bi-зонэ) и GalnAsSbBi (1, 5, Gain—Bi-зоны, содержание висмута в зоне 5 больше) для температур 896906 К и градиента G=25 град/см. Все кривые имеют нарастающий участок в области тонких зон /<30-40 мкм, проходят максимум и при />140 мкм

час

60 40 20

О 20 40 60 80 100 120 140 160 /,мкм

Рис. 5. Экспериментальные зависимости скорости зон для роста эпитаксиальных слоев вавЫИ/СавЬ, 1п8ЬВ1Лп8Ь и СаЬАввЬВ^ЛпАв

спадают по линейному закону.

Таким образом, зависимость скорости роста от толщины зоны имеет три характерные области: кинетическую /<40 мкм, диффузионную />120 мкм и смешанную 30-40</<120 мкм, что соответствует данным[3]. Скорость жидкой зоны Са-В1 возрастает при увеличении доли висмута, а 1п-Оа-ЕН - при увеличении доли галлия и висмута в жидкой фазе при прочих равных условиях. Скорость роста возрастает также при увеличении температуры и величины градиента. Показано, что переход к многокомпонентной системе открывает возможность в более широких пределах регулировать скорость роста эпитаксиального слоя изменением состава жидкой зоны и ее толщины совместно с температурой и градиентом процесса.

Описан дислокационный механизм зарождения островковых структур. Получена функция распределения островков по размерам,

1 м г™

гДе <р(гт) = -у-~- ; М = 2п111 г2/(г,1)с1г - масса

Гт2 лЕ\гг¥{2)йг о

островкового конденсата, г - латеральный размер островка, Я - высота островка, /(г4) - плотность вещества в островках, 2 = г/гт .

Рассчитана дисперсия значений функции Малость величин дисперсии свидетельствует о корпоративном характере дислокационного роста островковых структур - за времена порядка г0 ~ Ь2/.Д/ (Ь - поверхностный размер сечения дислокационного канала, Ц/ - коэффициент дислокационной диффузии) происходит их релаксация, упругая энергия уменьшается, идет постепенный отрыв дислокаций; размеры с течением времени растут медленно, пропорционально дробной степени времени (0.2-Ю.25).

Экспериментально установлены закономерности морфологической динамики движения локальных зон в твердых растворах 1п1.хСахА5).>£Ьу<Ш> в области для х е 0...0.25 и у е 0....0.16. Перекристаллизация источника широкой (60

мкм) линейной зоной состава Са(0,35)6/(0,65) позволяет получить твердый раствор состава 1п1182Са!к1^Л5ц955Ь0115<В1>, идентичный по структуре источнику. Когда в процессе роста упругие напряжения достигают критических значений, возникают

микротрещины, повторяющиеся с периодом Ь « 20 мкм перпендикулярно гетерогранице и возникает "термомеханическая движущая сила", ответственная за образование пор и декорирование их висмутом, с последующим формированием висмутовых нитей. Следует подчеркнуть, что механизм этого явления достаточно известен - как эффект Киркендала-Френкеля[6], однако для изучаемых систем он наблюдался впервые. Транспортная роль микротрещин была выявлена путем химического травления: капиллярное перемещение избыточного вещества зоны по микротрещинам приводит к сегрегации висмута в нити толщиной не более 5 мкм и к формированию «дельт» на внешней границе. Такой механизм может быть предложен в качестве вероятной причины превышения расчетного значения предельной растворимости висмута в эпитаксиальных слоях МТР с резким различием ковалентных радиусов атомов компонентов; эта особенность нуждается в дополнительных исследованиях, однако, несомненно, она найдет приборное применение.

Вид структурно совершенного эпитаксиалыюго слоя ¡п082Са0М<Л50.<;55Ь005<В1 (Т=847 К, й = 35 К/см, толщина жидкой зоны 120 мкм) приведен на рис.6. Снимок сделан в центральной части подложки, где слой получился практически однородным по составу. На рис. 7 показана тонкая пленка твердого раствора 1п0.ц6Сао.14Л5а9458Ьо.ои<В1>/1пА5. полученная в ходе пилотных экспериментов по формированию лазерных ДГС р-1пОаЛ$ЗЬ/п-[пЛхБЬ/р-1пЛ5. Получение такой структуры подтверждает возможность формирования в условиях ГЖЭ полупроводниковых материалов с заданной субструктурой.

5-я глава посвящена прикладным аспектам работы. Сформулированы принципы организации контролируемого технологического воздействия на двухфазную систему "многокомпонентный расплав - твердотельная структура" (принцип использования разных временных масштабов термодинамических процессов; принцип выбора уровня, т.е., пространственного масштаба, на котором осуществляется воздействие; принцип соответствия набора параметров воздействия спектру реакций системы; принцип использования инерции процессов тепло- и массопередачи) и предложены практические рекомендации по управлению процессами ГЖЭ в висмутсодержащих гетеросистемах.

Рассмотрены также особенности фотоэлектрических свойств исследуемых систем. Для определения типа проводимости, концентрации основных носителей и их подвижности ц использовалась стандартная методика холловских измерений. Эффект Холла исследовался в слабом магнитном поле (Я=3000 Э) в интервалах температур 77-^300 К и концентраций примесей см . Поскольку в

собственной области электропроводность и эффект Холла определяются более подвижными электронами, их поведение и обуславливает электрофизические характеристики образцов МТР, изопериодных подложкам антимонида индия.

Подложка

Подложка

Рис. 6. Структурно совершенный ЭС Рис. 7. Тонкая пленка твердого раствора

1а„иОав.„Л«0.<)58Ь0.„5^В1>-1п,:\5 1по.8бОао.14А5о.и58Ьо.||55<В1>/1пА8

радиатор

положительный электрод

ваБЬ

ваЗЬБ!'

ваЗЬ

СавЬВ!

ваБЬ

ОаБЬВ!

СаЭЬ

Са5ЬВ|

ваБЬ

отрицательный электрод

Рис. 8. Конструкция квантового каскадного лазера на основе многослойной структуры СаЯЬоАмгШо.тЮаЗЬ

В заключительном разделе обсуждаются возможности практического применения многокомпонентных висмутсодержащих с заданной субструктурой. Так, на основе многослойной гетероструктуры GaSb0l992Bi000S/GaSb нами была разработана конструкция квантового каскадного лазера (рис. 8). Толщина слоев ~0,1 мкм. При расстоянии между зеркалами резонатора примерно 800 мкм пороговая плотность токаjth может быть оценена « 2,5 • 106 А/м2 (пороговый ток Ith ~ 200 шА), длина волны генерации около 4,5 мкм[1]. Кристалл квантового каскадного лазера содержит несколько десятков перемежающихся слоев двух различных полупроводников толщиной около 0,1 мкм. Варьируя толщину этих слоев, можно менять электронный спектр и, соответственно, длину волны лазера в беспрецедентно широком диапазоне, используя те же самые материалы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ РАБОТЫ

1. Исследование условий формирования многокомпонентных материалов с заданной субструктурой на их основе является актуальной задачей, поскольку увеличение числа компонентов в твердом растворе пяти компонентов дает возможность управления физическими характеристиками материалов.

2. Рассчитаны равновесные составы жидких и твердых фаз исследуемых систем. Установлено, что при уменьшении температуры эпитаксии уменьшается влияние упругих напряжений на распределение мольных долей компонентов и на коэффициенты распределения компонентов и, напротив, такое влияние растет при увеличении мольной доли висмута в расплаве.

3. Предложенная методика получения многослойных упругонапряженных гетероструктур InSb¡^BiJInSb и GaSb¡.ßiJGaSb предусматривает уменьшение времени контакта переохлажденного раствора-расплава с подложкой за счет увеличения скорости перемещения подложки относительно растворов-расплавов в ячейках уменьшенных размеров. Техника формирования указанных структур включает в себя принудительную гидравлическую смену растворов в ростовом канале, что обеспечивает возможность формирования сверхтонких слоев толщиной порядка 100 нм. Заданная толщина слоев достигается путем изменения размеров ячеек, содержащих растворы-расплавы.

4. Показано, что существенным технологическим условием формирования островковой пленки является обеспечение возможности синхронного осуществления механического сдвига и достижения температуры солидуса в ростовой системе малого объема. Для получения островковых пленок была разработана кассета с наличием предварительной подпитывающей подложки, находящейся в таких же температурных условиях, что и подложка для выращивания. Получение островковых пленок было осуществлено практически; скорость роста заключалась в пределах 200 нм/мин, размеры островков составили от 150 до 500 нм.

5. Результаты экспериментов по выращиванию пленок твердых растворов ¡пСаАхЗЬВМпАз подтверждают эффективность модели дислокационного роста островковых структур в многокомпонентных гетеросистемах АЗВ5, что представляет интерес с точки зрения оптимизации температурно-временных режимов и приготовления гетерокомпозиций для процессов получения многокомпонентных полупроводников с заданной субструктурой.

6. Определены условия формирования субструктуры твердых растворов на подложках 1п8Ь, ваЭЬ и 1пАз. В многокомпонентных висмутсодержащих системах А3В5 обнаружено проявление эффекта Киркендала-Френкеля, с которым связывается вероятная причина равномерного аномально высокого содержания висмута в эпитаксиальных слоях твердых растворов - упорядоченное размещение включений висмута в порах, вызванных релаксацией упругих напряжений на фоне упомянутого диффузионного эффекта.

7. Сформулированы принципы организации контролируемого технологического воздействия на двухфазную систему "многокомпонентный расплав - твердотельная структура" (принцип использования разных временных масштабов термодинамических процессов; принцип выбора уровня, т.е., пространственного масштаба, на котором осуществляется воздействие; принцип соответствия набора параметров воздействия спектру реакций системы; принцип использования инерции процессов тепло- и массопередачи).

8. Проанализированы фотоэлектрические и структурные характеристики полупроводников с заданной субструктурой - ГпЗЬВШпБЬ, СаЭЬВ^ваЗЬ и ОаГпАББЬВШпАз. На их основе предложены пути их возможной приборной реализации. Так, разработана конструкция фотоприемных устройств с длиной

волны A = 7*11 мкм, с многослойной структурой InSb0i97Bi0,03/InSb в качестве активного элемента. Показано, что на основе многослойной структуры GaSbo,99iBio,oos/GaSb может быть изготовлен квантовый каскадный лазер, работающий на межуровневых переходах с длинами волн излучения Я, = 4,5 мкм и

=8,9*13,8 мкм. Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Лунин Л.С., Алфимова Д.Л., Благин A.B., БлагинаЛ.В., Подщипков Д.Г. Фотоприемные устройства лабиринтной топологии с использованием твердых растворов GalnSbBi/ Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2003, Спец. выпуск, С.48-50.

2. Лунин Л.С., Сысоев И.А., Калинин Е.В., Подщипков Д.Г.

Новые возможности ионно-лучевых технологий в задачах получения оптоэлектронных устройств на основе многокомпонентных соединений АЗВ5/ Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2003, Спец. выпуск, С.53-54.

3. Благин A.B., БаранникА.А., Алфимова Д.Л., Лунина Ы.Л., Подщипков Д.Г. Формирование многослойных гетероструктур InSb<Bi>/InSb и GaSb<Bi>/GaSb методом движущзегося растворителя/Тез. докл. конф. "Нанотехнологии - производству-2005". Фрязино, 2005. М: "Янус-К", 2005. С. 17-18.

4. Подщипков Д.Г., Слуцкая О.В. Исследование электрофизических параметров примесных гетероэпитаксиальных слоев на основе соединений АЗВ5/Научные основы высоких технологий. Тр. ЦКП "Высокие технологии", Новочеркасск, 2006. С.5-10.

5. Подщипков Д.Г., Пигулев P.E. Оже-анализ эпитаксиальных нанострук-турных пленок многокомпонентных твердых растворов на основе соединений А3В5/Научные основы высоких технологий. Тр. ЦКП "Высокие технологии", Новочеркасск, 2006. С.IIIS.

6. Подщипков Д.Г., Слуцкая О.В. Исследования структурных характеристик тонких эпитаксиальных слоев гетеросистем А3В5/Научные основы высоких технологий. Тр. ЦКП "Высокие технологии", Новочеркасск, 2006. С. 14-17.

7. Благина Л.В., Подщипков Д.Г., Прутко И.В. Идентификация структурных характеристик многокомпонентных твердых растворов АЗВ5 методом расходящихся электронных пучков с использованием модели взаимодействия кристалла и пучка/Научные основы высоких технологий. Тр. ЦКП "Высокие технологии", Новочеркасск, 2006. С. 18-22.

8. Слуцкая О.В., Пигулев P.E., Подщипков Д.Г., Кунц М.В. Структура и свойства наноразмерных пленок висмутсодержащих твердых растворов АЗВ5, полученных в поле температурного градиента/Научные основы высоких технологий. Тр. ЦКП "Высокие технологии", Новочеркасск, 2006. С.23-30.

9. Благина Л.В., Алфимова Д.Л., Афиногенова М.А., Подщипков Д.Г. Формирование рельефа поверхности в процессе жидкофазной эпитаксии многокомпонентных соединений A3B5/Tp. VI междунар. конф. "Химия твердого тела и современные микро и нанотехнологии". Кисловодск - Ставрополь: СевКавГТУ, 2006. С. 202-204.

10. Благин A.B., Баранник A.A., Попов А.И., Подщипков Д.Г. Особенности формирования многокомпонентных твердых растворов АЗВ5 с резким различием радиусов связей/Тр. VI междунар. конф. "Химия твердого тела и современные микро и нанотехнологии". Кисловодск - Ставрополь: СевКавГТУ, 2006. С. 199-201.

11. Благин A.B., Кодин В.В., Слуцкая О.В., Подщипков Д.Г. Структура твердых растворов InSbi-xBix/InSb и предельная растворимость висмута в эпитаксиальных слоях A3B5/Tp. X междунар. науч. конф. и школы-семинара "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники" - Дивноморское, 24-29.IX.2006 г. -Таганрог, 2006. - 4.1. С. 107-109.

12. Елагин A.B., Баранник A.A., Лунина M.JJ., Подщипков Д.Г. Формирование элементной базы лавинных фотодиодов на основе сверхрешеток АЗВ5/ Нанотехнологии -производству-2006: тез. докл. конф., 29 нояб. -30 нояб. 2006 г., г. Фрязино. 2006. -М.: Янус-К, 2006. С. 146-147.

13. Баранник A.A., Лунина М.Л., Драка O.E. , Попов А.И. , Подщипков Д.Г. Применение висмутсодержащих структур с квантовыми ямами в оптоэлектроных устройствах ИК диапазона/Тр. VII междунар. конф. "Химия твердого тела и современные микро и нанотехнологии". Кисловодск - Ставрополь: СевКавГТУ, 2007. С. 142-143.

14. Лунин Л.С., Елагин A.B., Баранник A.A., Сысоев И.А., Подщипков Д.Г. Формирование сверхрешеточных структур в твердых растворах AlInSbBi-InSb методом градиентной жидкофазной эпитаксии с импульсным охлаждением// Труды 4-й Международной конференции " Нанотехнологии-производству - 2007", г.Фрязино Московской обл., 28-30.XI. 2007.

15. Благин A.B., Благина Л.В., Лунин Л.С., Подщипков Д.Г. Дислокационное зарождение островковых структур в многокомпонентных гетеросистемах АЗВ5: моделирование и эксперимент/ Науч.-пед.школы ЮРГТУ (НПИ): История. Достижения. Вклад в отечественную науку: сб. науч. ст. Т. 2/ Юж.-Рос. .гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2007. - С.415-422.

16. A.B. Благин, А.И.Попов, Д.Г.Подщипков, П.И.Разумовский О фазовых превращениях в системах на основе соединений А3В5 с резко различающимися ковалентными радиусами//Тр. V Междунар. Науч. Конф. "Кинетика и механизм кристаллизации в наносистемах", г. Иваново, 23 - 26 сентября 2008. С. 35.

17. Благин A.B., Баранник A.A., Лунина М.Л., Подщипков Д.Г. Р-(-л-фотодиоды ИК-диапазона на основе многослойных структур ínSbl.xßix/InSbll Труды 5-й Международной конференции " Нанотехнологии-производству - 2008", г.Фрязино Московской обл., 25-27.XI. 2008. С. 7-8.

18. Лунин Л.С., Лунина М.Л.., Сысоев И.А., Благин A.B., Подщипков Д.Г. Рост эпитаксиальных пленок GaInAs<Bi>/InAs в поле температурного градиента и исследование их поверхности/ Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. - г.Ростов-на-Дону, 2008. - № 4. С. 34-38.

19. Баранник A.A., Благина Л.В., Драка O.E., Подщипков Д.Г. Физико-химические основы получения многокомпонентных полупроводников с заданной субструктурой. Ростов н/Д: Изд-во СКНЦВШ ЮФУ, 2009. 192 е.: ил. (монография)

Цитированвая литература

1. Баранник A.A., Благина Л.В., Драка O.E., Подщипков Д.Г. Физико-химические основы получения многокомпонентных полупроводников с заданной субструктурой. Ростов н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ ЮФУ, 2009. 192 е.: ил. (монография)

2. Литвак А.М., Чарыков А.Н. Новый термодинамический расчет фазовых диаграмм двойных и тройных систем, содержащих In, Ga, As и Sb// Известия АН СССР Неорганические материалы. - 1991.-Т. 15.-Вып. 12.-С67-72.

3. Лунин Л.С., Благин A.B., Алфимова Д.Л., Попов А.И., Разумовский П.И. Физика градиентной эпитаксии полупроводниковых гетероструктур. Ростов-на-Дону: изд-во СКНЦ ВШ ЮФУ, 2008. 212 е.: ил.

4. Акчурин Р.Х., Комаров Д.В. Формирование многослойных упругонапряженных гетерокомпозиций методом жидкофазной эпитаксии. II. Моделирование процесса создания гетерокомпозиций на основе твердых растворов системы индий-мышьяк-сурьма-висмут//ЖТФ. 1997. Т.67. №7. С.50-57.

5. Акчурин Р.Х., Жегалин В.А., Сахарова Т.В. Анализ фазовых равновесий в системе 1п-As-Sb-Bi в связи с жидкофазной эпитаксией твердых растворов ¡nAsi.x.)SbxBiy¡l Изв. вузов. Сер. Цв. металлургия. 1995. №7. С.12-16.

6. В.И.Фистуль. Атомы легирующих примесей в полупроводниках. М.:Физматлит, 2004. с.331

Подписано к печати 24.04.09 г. Формат 60x84. 1/16 Усл. печ. л. - 1.5. Уч. -изд. л. -1,4. Тираж 100 экз. Бумага офсетная. Северо-Кавказский государственный технический университет г. Ставрополь пр. Кулакова, 2

Типография СевКавГТУ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Общая характеристика технологии получения твердых растворов в поле температурного градиента

1.2. Свойства твердых растворов на основе антимонидов индия и галлия

1.3. Свойства твердых растворов на основе арсенида индия.

1.4. Полупроводниковые сверхрешетки на основе многокомпонентных полупроводников А3В5.

1.5. Методы получения эпитаксиальных слоев, обладающих субструктурой, на основе твердых растворов А3В5.

1.6. Висмутсодержащие твердые растворы в оптоэлектронике.

Постановка задачи исследования.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 2 ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ФАЗОВЫХ

ПРЕВРАЩЕНИЙ В ИССЛЕДУЕМЫХ СИСТЕМАХ

2.1. Базовые параметры и уравнения и фазовых равновесий

2.2. Расчет упругих констант соединений с висмутом.

2.3. Смещение фазовых равновесий под воздействием упругих напряжений на гетерогранице в системах 1п-8Ь-Ш и ва-ЗЬ-Ш

2.4. Особенности фазовых равновесий в системе Са-1п-Аз-8Ь-В1.

ВЫВОДЫ

ГЛАВА 3 ТЕХНИКА ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ И ОСТРОВКОВЫХ ПЛЕНОК С ЗАДАННОЙ СУБСТРУКТУРОЙ В УСЛОВИЯХ ЖИДКОФАЗНОЙ ЭПИТАКСИИ.

3.1. Требования к оборудованию для проведения процессов кристаллизации и аппаратурное оформление экспериментов по получению многокомпонентных полупроводников с заданной субструктурой.

3.2. Получение многослойных гетероструктур 1п8ЬВ1/1п8Ь и СаЗЬВШаЗЬ в ростовом канале.

3.3. Управление геометрией растущих слоев.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ 1п8ЬВШп8Ь, ваЗЬВШаЗЬ И

СаЬгАзЗЬВИпАБ

4.1. Зависимость скорости кристаллизации от различных факторов.

4.2. Стругаурное совершенство исследуемых твердых растворов.

4.3. Кристаллизация островковых пленок

4.4 Дислокационный механизм зарождения островковых структур.

4.5. Процессы кристаллизации в системе Ga-In-As- Sb- Bi

ВЫВОДЫ

ГЛАВА 5 ПРИЮ1АДНЫЕ АСПЕКТЫ РАБОТЫ

5.1. Принципы контролируемого технологического воздействия на ростовую среду.

Современная технология материалов электронной техники подошла к новому рубежу - синтезу сложных кристаллических полупроводников с заданной субструктурой. Субструктура подразумевает сложную внутреннюю геометрию, в частности, наличие нескольких слоев и/или встроенных каналов с отличающимся от соседних областей составом, а также систем островков, образующих тонкую пленку, и т.д. Если характерные размеры элементов субструктуры достаточно малы (сотни нм и менее), возможно проявление так называемых квантово-размерных эффектов - новых физических явлений, обусловленных пространственным ограничением. В основе указанных явлений лежит наличие в полупроводниковых материалах с субструктурой многоуровневого энергетического спектра, в том числе, сверхпериодического потенциала. Такие полупроводники рассматриваются в качестве элементной базы электронных приборов нового поколения -электрооптических модуляторов, лазеров с перестраиваемой частотой генерации, высокочастотных когерентных излучателей и сверхчувствительных фотоэлектрических датчиков. Для реализации данных задач используются твердые растворы А3В5.

Инфракрасная техника в последние годы стала мощным инструментом научных исследований и получила широкое распространение во многих практических приложениях. Своим прогрессом она обязана появлению новых материалов, чувствительных в ИК-области спектра, и технологий их изготовления. В первую очередь это относится к многослойным полупроводниковым структурам. Достойное место в ряду узкозонных полупроводников занимают висмутсодержащие гетероструктуры[1], поскольку изменением содержания висмута можно эффективно управлять оптическими свойствами приборов на их основе. Интерес к висмутсодержащим гетероструктурам связан также с возможностью получения полупроводниковых наноструктур с характерными размерами более 100 нм, вследствие того, что фермиевская длина волны электронов у висмута велика (40 нм). Это дает возможность получать висмутсодержащие сверхрешетки методом градиентной жидкофазной эпитаксии (ГЖЭ) [2], важнейшее преимущество которого по сравнению с другими методами получения гетероструктур заключается в существенно меньшей стоимости технологии, меньшей сложности технологического процесса и менее жестким требованиям к чистоте исходных материалов.

Узкозонные твердые растворы, изопериодные подложкам антпмопида индия (ЬгёЬ), перспективны в качестве высокочувствительной элементной базы фотодетекторов в инфракрасной области спектра. К числу эффективных материалов оптоэлектроники ближнего ИК диапазона[3-5,6] относятся также антимонид галлия ва8Ь и твердые растворы на его основе. Ограничивающим фактором для приборов на основе ва8Ь является уровень концентрации акцепторов в слоях, получаемых как жидкофазной эпитаксией (ЖФЭ) в ее традиционных вариантах, так молекулярно-лучевой и МОС-гидридной эпитаксией[5].

Приборы, созданные на основе полупроводников, изопериодных арсениду индия (¡пАя), перекрывают спектральный диапазон от 2,7 до 6 мкм. Однако синтез таких материалов в условиях большинства хорошо зарекомендовавших себя методов получения полупроводниковых структур сопряжен с рядом трудностей. Среди этих трудностей можно отметить наличие обширной области несмешиваемости, приводящее к ограничению активной области работы приборов на их основе; высокую вероятность формирования нестехиометрических слоев; склонность материалов на основе 1пАя к развитию дислокационной структуры; а также необходимость сверхвысокой степени очистки исходных материалов в современных технологиях молекулярно-пучковой эпитаксии и газофазной эпитаксии с использованием металлорганических соединений. В настоящей работе предпринята попытка проведения исследований, направленных на детальное выяснение причин некоторых из упомянутых проблем, касающихся процессов выращивания многокомпонентных твердых растворов (МТР) на основе 1пАя из жидкой фазы со ставкой на преимущества, которые получает исследователь, осуществляя эксперименты в условиях ГЖЭ и других неконсервативных вариантов ЖФЭ, и установление закономерностей, знание которых позволит достичь новых возможностей существующих материалов на основе 1пАб, и синтезировать новую элементную базу оптоэлектронных приборов с высокой эффективностью.

Имеется ограниченное число публикаций о пятикомпонентных твердых растворах на основе 1пАз, и к тому же, главным образом, теоретического направления. Некоторые данные по ПТР на основе 1пАз приведены в фундаментальной работе[6], однако вопросы о механизме распределения компонентов там не затрагиваются.

Технологические трудности выращивания висмутсодержащих твердых растворов до последнего времени замедляли их широкое практическое внедрение. Однако недавние достижения в данной области [1] открывают новые перспективы его получения и применения. Вследствие этого возрастает интерес к фундаментальным свойствам - таким как электронная зонная структура, а следовательно, оптическим и фотоэлектрическим характеристикам указанных материалов[3]. В связи с этим в настоящее время происходит как интенсивное развитие теории явлений в многослойных структурах (структурах с квантовыми ямами), так и разработка новых методов их получения.

Указанные особенности ^/-содержащих гетеросистем делают задачи моделирования их электронного спектра весьма привлекательными. Ряд возможностей получения гетероструктур с заданными свойствами, которые открывают неконсервативные методы ЖФЭ, сулит вполне определенные перспективы в технологии новых приборов ИК оптоэлектроники.

В качестве объектов исследования выбраны системы Са-БЬ-Ш, 1п-8Ь-Ш и Са-Тп-Аб-БЬ-Ш. Синтез новых материалов - полупроводниковых структур Са8Ь<Ш>/Са8Ь, 1пБЬШ, в том числе, многослойных, и Са1пАББЬ<В1> , в том числе, островковых пленок — основа новых технических решений высокоэффективных фотоприемников в вариантах р-г-п- фотодиодов и лавинных фотодиодов. Сообщений о получении гетероструктур 1пОаАз<В1>ЯпА8 и 1пСаАз8Ь<В1>ЛпА5, обладающих сложным энергетическим спектром, в том числе, с прототипами квантовых точек, вообще нет. Метод ГЖЭ с точки зрения получения твердых растворов с заданной субструкгурой на основе 1пАз практически не исследовался. Поэтому тема работы является актуальной с научной и с прикладной точек зрения.

Целью работы является исследование условий роста, структурного совершенства и фотоэлектрических свойств гетерослоев с заданной субструктурой в системах 1пБЬ¡хВУ1п8Ь, СаЗЬ¡.хВуСаБЬ и Сау1п].уАз].хБЬх<В1>/1пАз.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

1) исследование фазовых равновесий в двухфазных системах 1п— БЬ — /?/, Сд -БЬ-В1 ива- Ы-Аб-БЬ - Ы;

2) установление закономерностей эпитаксиального роста многокомпонентных полупроводников с заданной субструктурой на основе твердых растворов, изопериодных (7аБЬ, 1пБЬ и 1пАб, для достижения новых возможностей существующих приборов;

3) разработка технологии получения многослойных гетерокомпозиций 1пБЬ].х В1/1пБЬ и ОаБЬ¡.хВуОаБЬ с толщинами слоев порядка 100 нм, а также островковых пленок С(1у1п¡.уЛБ¡„¿$Ьх<В1>/1пА5 с линейными размерами островков не более 500 нм:

4) исследование физических свойств гетероструктур твердых растворов, изопериодных СаБЬ, 1пБЬ и 1пАз, полученных в условиях ЖФЭ.

Научная новизна работы

1. На основе модели избыточных функций — линейных комбинаций химических потенциалов рассчитаны составы равновесных при температурах роста жидкой и твердой фаз в системах 1п —БЬ — Ш, Ся — БЬ - Вг и (7а - 1п—Ая-БЬ - Ш с учетом влияния упругих напряжений.

2. Установлено проявление эффекта Киркендала-Френкеля в двухфазной системе с резким различием ковалентных радиусов атомов компонентов, что является вероятной причиной вхождения в эпитаксиальные слои висмута с содержанием, превышающем расчетный предел растворимости.

3. Экспериментально обоснована возможность формирования полупроводниковых материалов на основе висмутсодержащих твердых растворов с характерными размерами субструктуры <1 ~ 100 нм из жидкой фазы в поле температурного градиента.

4. Сформулированы принципы организации контролируемого воздействия на двухфазную систему "многокомпонентный расплав — твердотельная структура" для формирования субструктуры эпитаксиальных слоев.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Возможность получения многослойных структур 1п5Ь].хВ1х/1п5Ь и СаБЬ1.х ВУСаБЬ с толщиной слоев 200 и менее нм в условиях ГЖЭ обеспечивается осуществлением принудительной гидравлической смены растворов в ростовом канале. Формирование каждого последующего слоя начинается при уменьшении времени контакта переохлажденного раствора-расплава с подложкой и смене ячеек, содержащих растворы-расплавы.

2. Рост и растворение островков на поверхности многокомпонентных пленок Сау1п¡.уАз 1у8Ьх<В1>/1пАз определяются количеством, распределением по площади и текущим кинетическим состоянием дислокационных каналов. Указанные характеристики могут быть стабилизированы на стадии градиентной эпитаксии при достаточном (не менее 60% по объему) насыщении смачивающего расплава висмутом.

3. При уменьшении температуры эпитаксии уменьшается влияние упругих напряжений на распределение мольных долей компонентов и на коэффициенты распределения компонентов и, напротив, такое влияние растет при увеличении мольной доли висмута в расплаве.

4. Методика формирования островковых структур в условиях ЖФЭ должна включать следующие принципы: 1) осуществление роста структур с резким различием постоянных решетки подложки и слоя (для структур Са1пАз8Ь<В1>ЯпА8 - более 4%); 2) осуществление в цикле выращивания снижения температуры по заданной динамической характеристике системы с одновременным сдвигом подложки и приведением ее в контакт с расплавом при температуре, соответствующей нижней границе ликвидуса; 3)обогащение расплава висмутом (до 75 % по мольному содержанию), что служит препятствием коалесценции островков.

5. Организация контролируемого технологического воздействия на двухфазную систему "многокомпонентный расплав — твердотельная структура " должна быть основана на следующих принципах:

1) принцип использования разных временных масштабов термодинамических процессов; 2) принцип выбора уровня - пространственного масштаба, на котором осуществляется воздействие; 3) принцип соответствия набора параметров воздействия спектру реакций системы; 4) принцип использования инерции процессов тепло- и массопередачи.

Практические результаты

- методом градиентной жидкофазной эпитаксии с принудительной гидравлической сменой растворов-расплавов в ростовом канале получены многослойные структуры ШЬ^ВУШЬ и ваЗЬ^Вг/ваЗЬ;

- в условиях жидкофазной эпитаксии получены островковые пленки Сау1п1.уАз1.х 8Ьх<В1>/1пАз состава х < 0.36, у < 0.08 и содержанием висмута (средним по поверхности образца диаметром 30 мм) Х5В> < 0,0004, поверхностные структуры которых имеют характерный размер с/ ~ 100-300 нм и могут рассматриваться в качестве прототипов квантовых точек и цепочек;

- разработана технология формирования слоев висмутсодержащих твердых растворов заданной (с? ~ 150-200 нм) толщины;

- предложены конструкции оптоэлекгронных приборов: фотоприемника на основе многослойной структуры 1п8Ь].хВ1х/1п8Ь с длиной волны принимаемого излучения X «8,5 мкм и каскадного гетеролазера, работающего на межуровневых переходах с длинами волн генерации -Я, = 4,5 мкм и X « 6,2 мкм на основе многослойной структуры СаБЬ ¡.^¿СаБЬ;

- на базе разработанных автором принципов организации контролируемого технологического воздействия на двухфазную систему "многокомпонентный расплав — твердотельная структура сформулирована методология планирования экспериментов по выращиванию многокомпонентных полупроводников с заданной субструкгурой.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались в 2003-2009 гг на семинарах в лаборатории "Кристаллы и структуры для твердотельной электроники" Южного научного центра РАН, в лаборатории физики полупроводников ВИ(ф) ЮРГТУ (НПИ), на семинарах проблемной лаборатории физики ЮРГТУ (НПИ), на X международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники'ХДивноморское, 2006 г.), на VI и VII международных конференциях "Химия твердого тела и современные микро и нанотехнологии" (Кисловодск, 2006 и 2007 гг), V международной научной конференции "Кинетика и механизм кристаллизации в наносистемах"( Иваново, 2008) и российских конференциях "Нанотехнологии - производству" (Фрязино, 2005,2006,2007 и 2008 гг).

Работа выполнена в лаборатории "Кристаллы и структуры для твердотельной электроники" Южного научного центра РАН в рамках базовых тем № 00.05.21 "Разработка теоретических основ формирования многокомпонентных гетероструктур с заданным энергетическим спектром в поле температурного градиента", № 00-08-21 "Процессы дефекгообразования и деградации физических характеристик в многокомпонентных гетерострукгурах оптоэлекгроники" (№ гос. регистрации 0120.0850125); на кафедре физики Волгодонского института ЮжноРоссийского гос. техн. университета (Новочеркасского политехнического института) в рамках госбюджетной темы № 15.05 "Разработка теоретических основ формирования многокомпонентных твердых растворов с заданной субструктурой".

По результатам исследований опубликовано 19 печатных работ, в том числе, 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК и одна монография (в соавторстве), в которых изложены основные положения диссертации. Основные результаты работы получены автором самостоятельно.

Диссертация изложена на 162 страницах машинописного текста, содержит 75 рисунков, ¿4 таблиц, состоит из введения, пяти глав, заключительных выводов и списка используемой литературы из 173 наименований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ РАБОТЫ

1. Исследование условий формирования многокомпонентных материалов с заданной субструктурой на их основе является актуальной задачей, поскольку увеличение числа компонентов в твердом растворе пяти компонентов дает возможность управления физическими характеристиками материалов.

2. Рассчитаны равновесные составы жидких и твердых фаз исследуемых систем. Установлено, что при уменьшении температуры эпитаксии уменьшается влияние упругих напряжений на распределение мольных долей компонентов и на коэффициенты распределения компонентов и, напротив, такое влияние растет при увеличении мольной доли висмута в расплаве. На основании расчета фазовых равновесий определены условия эпитаксии многослойных структур.

3. Предложенная методика получения многослойных упругонапряженных гетероструктур 1п8Ъ¡.хВУ1п8Ъ и СаБЬ^Вг/СаЗЬ предусматривает уменьшение времени контакта переохлажденного раствора-расплава с подложкой за счет увеличения скорости перемещения подложки относительно растворов-расплавов в ячейках уменьшенных размеров. Техника формирования указанных структур включает в себя принудительную гидравлическую смену растворов в ростовом канале, что обеспечивает возможность формирования сверхтонких слоев толщиной порядка 100 нм. Заданная толщина слоев достигается путем изменения размеров ячеек, содержащих растворы-расплавы.

4. Показано, что существенным технологическим условием формирования островковой пленки является обеспечение возможности синхронного осуществления механического сдвига и достижения температуры солидуса в ростовой системе малого объема. Для получения островковых пленок была разработана кассета с наличием предварительной подпитывающей подложки, находящейся в таких же температурных условиях, что и подложка для выращивания. Кассета сдвиговой конструкции, но с дополнением кулачкового механизма, позволяющего доставлять насыщенный раствор-расплав из ячейки с подпитывающей подложкой в рабочую жидкую зону. Получение островковых пленок было осуществлено практически; скорость роста заключалась в пределах 200 нм/мин, размеры островков составили от 150 до 500 нм.

5. Результаты экспериментов по выращиванию пленок твердых растворов InGaAsSbBi/InAs подтверждают эффективность модели дислокационного роста островковых структур в многокомпонентных гетеросистемах АЗВ5, что представляет интерес с точки зрения оптимизации температурно-временных режимов и приготовления гетерокомпозиций для процессов получения многокомпонентных полупроводников с заданной субструктурой.

6. Определены условия формирования субструктуры твердых растворов на подложках InSb, GaSb и InAs. В многокомпонентных висмутсодержащих системах

3 е

А В обнаружено проявление эффекта Киркендала-Френкеля, с которым связывается вероятная причина равномерного аномально высокого содержания висмута в эпитаксиальных слоях твердых растворов — упорядоченное размещение включений висмута в порах, вызванных релаксацией упругих напряжений на фоне упомянутого диффузионного эффекта.

7. Сформулированы принципы организации контролируемого технологического воздействия на двухфазную систему "многокомпонентный расплав — твердотельная структура" (принцип использования разных временных масштабов термодинамических процессов; принцип выбора уровня, т.е., пространственного масштаба, на котором осуществляется воздействие; принцип соответствия набора параметров воздействия спектру реакций системы; принцип использования инерции процессов тепло- и массопередачи).

8. Проанализированы фотоэлектрические и структурные характеристики полупроводников с заданной субструктурой - InSbBi/InSb, GaSbBi/GaSb и GalnAsSbBi/InAs. На их основе предложены пути их возможной приборной реализации. Так, разработана конструкция фотоприемных устройств с длиной волны Я = 7 +11 мкм, с многослойной структурой 1п8Ьо,97Вц,озЯп8Ь в качестве активного элемента. Показано, что на основе многослойной структуры может быть изготовлен квантовый каскадный лазер, работающий на межуровневых переходах с длинами волн излучения Л, = 4,5 мкм и ¿2 =8,9-5-13,8 мкм.

1. Лозовский В.Н, Лунин Л.С., Благин A.B. Градиентная жидкофазная кристаллизация многокомпонентных полупроводниковых материалов. — Ростов-на-Дону: изд-во СКНЦ ВШ, 2003. 376 е.: ил.

2. Лунин Л.С., Благин A.B., Алфимова Д.Л., Попов А.И., Разумовский П.И. Физика градиентной эпитаксии полупроводниковых гетероструктур. Ростов-на-Дону: изд-во СКНЦ ВШ, 2008. 235 е.: ил.

3. Gladkov P., Motiova Е., Weber J. Liquid phase epitaxy and photoluminescence characterization of p-type GaSb layers grown from Bi melts. // J. Cryst. Growth. 1995. 146. P.319-325.

4. Стрелъченко C.C., Лебедев B.B. Соединения А В : Справочник. — М.: Металлургия, 1984. 144 с.

5. Осинский В.И., Привалов В.И., Тихоненко О.Я. Оптоэлектронные структуры на многокомпонентных полупроводниках. Минск: Высшая школа, 1981.391 е.: ил.

6. Кузнецов В.В., Лунин Л.С., Ратушный В.И. Гетероструктуры на основе четверных и пятерных твердых растворов АШВУ. Ростов-на-Дону: изд-во СКНЦ ВШ, 2003. 376 е.: ил.

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

8. Лозовский В.Н. Зонная плавка с градиентом температуры. М.: Металлургия, 1972.

9. Лозовский В.Н., Константинова Г.С. Особенности миграции в кристалле тонких включений в поле температурного градиента. // Межвуз.сб. Кристаллизация и свойства кристаллов. 1976. Вып.З. С.74-79.

10. Ефремова Н.П. Перераспределение примесей при ЗПГТ локальными зонами. // Межвуз.сб. Кристаллизация и свойства кристаллов. 1993. С. 11-18.

11. Лозовский В.Н., Константинова Г.С. Процесс кристаллизации в линейных зонах при ЗПГТ. // Мелевуз. сб. Кристаллизация и свойства кристаллов. 1989. С. 9599.

12. Сысоев H.A. Метод зонной перекристаллизации градиентом температуры в технологии оптоэлекгронных приборов на основе многокомпонентных соединений АШВУ: Дис.на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. Новочеркасск, 1993.

13. 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. С. 3-115.

14. Нашелъский А.Я. Производство полупроводниковых материалов. М.: Металлургия, 1982.309 с.

15. Актуальные проблемы материаловедения. Под ред. Калдиса Э. -М. Мир, 1983. 274 с.

16. Материалы, применяемые в электронной технике. Под редакцией К.Хогарта. М.: Мир, 1968.

17. Rogalski A. InAsi.xSbx Infrared Detectors. // Prog. Quant. Electr. 1989. V.13. P.191-231.

18. Osborn G.C. II J. Appl. Phys. 1982. V.53. P.1586.

19. Hilsum C. Rees H.D. Tree-level oscillator: a new for of transferred-electron device. -"Electron letters". 1970. V. 6. №9. P. 277-278.

20. Лозовский В.Н., Лунин Л.С., Аскарян Т.А. Перспективы применения пятикомпонентных гетероструктур на основе соединений АЗВ5 в интегральной оптоэлектронике // Тез. докл. ХП Всесоюзн. конф. по микроэлектронике. -Тбилиси, 1987. Ч. 7. С. 45-46.

21. Аскарян Т.А. Расчет фазовых равновесий в пятикомпонентных гетеросистемах AinBv: Дис. на соиск. уч. степ. канд. физ-мат. наук. Ростов-на-Дону, 1989.

22. Лунин Л.С., Лунина О.Д., Сысоев И.А. и др. Пятикомпонентные твердые растворы соединений АЗВ5 в фотоэлектронике. / Тез. докл. П Всесоюзн. науч. конф. по фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках. Ашхабад, 1991. С. 196-197.

23. Лунин Л.С., Аскарян Т.А, Овчинников В.А. Исследование полупроводниковых гетероструктур InAlGaAsSb/GaSb // Изв. Сев.-Кав., Науч. Центра ВШ. Естеств. Науки. 1991. № 3. С. 39-43.

24. Лунин Л.С., Овчинников В.А., Гапоненко В.Н. Выращивание пятикомпонентных твердых растворов на подложках антимонида галлия. / Межвуз. сб. Кристаллизация и свойства кристаллов. НПИ, 1991. С. 77-85.

25. Лозовский В.Н., Лунин Л.С., Лунина О.Д., Овчинников В.А., Аскарян Т.А, Сысоев И.А. Выращивание пяти- и шестикомпонентных твердых растворов АЗВ5 в поле температурного градиента. / Тез. докл конф. по электронным материалам. Новосибирск, 1992. С. 103-104.

26. Лозовский В.Н., Лунин Л.С., Казаков В.В., Шевченко А.Г. Физико-химические основы технологии на основе соединений АЗВ5. / Тез. докл российской науч.-техн. конф. Технологические процессы и материалы приборостроения и микроэлектроники. Москва, 1994. С. 7.

27. Акчурин Р.Х., Сахарова Т.В. Получение узкозонных твердых растворов InAsj.*. ySbxBiy методом жидкофазной эпитаксии. // Письма в ЖТФ. 1992. T.18.N.10. С. 1620.

28. Акчурин Р.Х., Сахарова Т.В., Тарасов A.B., Уфимцев В.Б. Эпитаксиальный рост InAsix.ySbxBiy на подложках из InSb из висмутовых растворов. // Неорг. материалы. Т.28.1992. С.502-506.

29. Акчурин Р.Х., Акимов О.В. Тонкослойные упругонапряженные гетероструктуры InAsj.x.ySbxBiy/InSb: расчет некоторых физических параметров.// Физика и техника полупроводников. 1995. Т.29. Вып. 2. С.З62-369.

30. Лунин Л.С., Овчинников В.А., Благин A.B. и др. Получение и исследование пятикомпонентных гетероструктур InGaAsSbBi на подложках антимонида индия. Кристаллизация и свойства кристаллов: Межвуз. сб. науч. тр. Новочеркасск: НГТУ, 1996. С. 30-34.

31. Osborn G.C. И J.Vac. Sei. Technol. В2,2,176 (1984).

32. Акчурин Р.Х., Жегалин В.А., Сахарова Т.В. Анализ фазовых равновесий в системе In-AsSb-Bi в связи с жидкофазной эпитаксией твердых растворов InAsj.x. ySbxBiy. II Изв. вузов. Сер. Цв. металлургия. 1995. №7. С. 12-16.

33. Maihur P.C., Jain S. II Phys. Rev. B19, 6 (1979) 3159-3166.

34. Baxter R.D., ReidF.J., Reer A.C. II Phys. Rev. 162, 6 (1979) 3159-3166.

35. NakashimaK. //Jpn. J. Appl. Phys. 20, 6 (1981) 1085-1094.

36. Johnson G.R., Cavenett B.C., Kerr T.M. //Semicond. Sc. Technol. 3, (1988) 11571165.

37. Крессел Г., Нельсон Г. В кн.: Физика тонких пленок Т. VII: Пер с англ. М.: Мир, 1977, с. 133-283.

38. Евгеньев С.Б. Тепловые эффекты фазовых превращений в системах Ga-Sb-Bi и In-Sb-Bi. //Изв. РАН. Сер. Неорганические материалы. 1988. Т.24. №4. С.546-549.

39. Kolm С., Kulin S.A., Averbach B.L. //Phys. Rev. 108, (1957) p.965.

40. Горюпова H.A., Федорова H.H. //ЖТФ. 1955. С.1339.

41. Woolley J.С., Smith B.A., Lees D.G. //Proc. Phys. Soc., 69B, (1956)p.l339.

42. Woolley J.C., Smith B.A. //Proc. Phys. Soc., 72, (1958) p.214.

43. Иванов-ОмскийВ.И., КоломиецБ.Т. //ФТТ. 1959. 1. C.913.

44. Woolley J.C., Evans S.A., Gillett C.M. // Proc. Phys. Soc. 74, (1959) p.244.

45. Иванов-Омский В.И., Коломиец Б.Т. //ДАН СССР. 1959. 127. С.135.

46. Woolley J.C., EvansS.A. //Proc. Phys. Soc. 78, (1961)p.354.

47. Woolley J.C., Gillett C.M. II J. Phys. Chem. Solids. 17, (1960) p.244.

48. Кодин B.B. Получение варизонных твердых растворов InSbBi и InAsSbBi методом температурного градиента и исследование их свойств. — Дис. на соиск. уч. степ. канд. физ.-мат. наук Ставрополь, 2004.

49. Акчурин Р.Х., Зиновьев В.Г., Кузьмичева Г.М., Уфимцев В.Б. Кристаллохимический аспект легирования антимонида индия висмутом в условиях жидкофазнойэпитаксии. //Кристаллография. 1982. Т.21. Вып.З. С.561-565.

50. Дейбук В.Г., Виклюк Я.И., Раренко И.М. Расчет зонной структуры твердого раствора InSbBi. //ФТП. 1999. Т.ЗЗ. Вып.З. С.289-292.

51. Panish М., Ilegems М. In Progress in Solid State Chemistry (1972).

52. M.F. Gratton., Wolley J., Electrochen. Soc. 127, 55 (1980)

53. Мани X., Жоли A., Kapyma Ф., Шиллер К., "Low-temperature phase diagram of the GaAsSb system and liquid-phase-epitaxial growth of lattice-matches GaAsSb on (100) InAs substates"

54. Woolley J., Thumes M., Thomson A. Physics (1968).

55. Woolley J., Thompson A. Phys. (1967).

56. KikuchiR. "Theory of ternary Ш-V semiconductor phase diagrams". Phys. (1981).

57. Stringfellow G., Greene P. Phys. Chem. Solids (1969).

58. Yan-Kuin Su. "Liquid-phase-epitaxial growth of ternary InAsSb" (1985).

59. Стрельченко C.C., Бондаро Г.В., Tecmoea H.A., "Термодинамический анализ взаимодействия в системе InAsSbClH и получение эпитаксиальных слоев InAsSb" 1984.

60. Mohammed К, Carosso F. High-detectisity InAsSb/InAs igrared (1,8-4,8) detectors (1986).

61. Матвеев Б. А. Михайлова М.П. Слабодчиков H.H. Смирнов H.H. "Лавиноумножение в р-п-переходе на основе InAsSb" (1979).

62. Алферов Ж.И. И ФТП. 32. 3. (1997).

63. Леденцов Н.Н., Устинов В.М., Щукин В.А., Копъев П.С., АлферовЖ.И., Бимберг Д /I ФТП. 1998. 32. С. 385.

64. Weisbuch С., Vinter В. Quantum semiconductor structures. Fundamentals and Applications. Academic Press. 1991.

65. Келдыш Л.В. ФТТ. 1962. T.4. С. 2265.

66. Chang L.L., Esaki L., Howard W.E., Ludeke R., Schul G. I I J. Vac. Sci. and Technol., 1973, V.10. P.665.

67. ChoA.Y,Arthur J.R. //Progr. Sol. State Chem., 1975, V.10. P.157.

68. EsakiL. Lect. Not. Phys., 1980, v. 133, p. 302.

69. EsakiL., Tsu R. IBM J. Res. and Develop., 1970, v. 14, p. 61.

70. Voisin R. Springer Ser. Sol. State Sci., 1984, v. 53, p. 192.

71. Camras M.D., Brown J.M., Holonyak N. Jr., Nixon M.A., Kolinsky R. W., Ludowise M.J., Dietze W.T., Lewis C.R. I/ J. Appl. Phys., 1983. V.54. P.6183.

72. Dohler G.H. Adv. Phys., 1983, v. 32, p.258.

73. PloogK. Springer Ser. Sol. State Sci., 1984, v. 53, p. 220.

74. Dohler G.H Phys. Scripta, 1981, v. 24, p. 230.

75. EsakiL. In: Proc. of Intern. Conference on Physics of Heterojunctions. - Budapest, 1971, v. 1, p. 383.

76. Алферов Ж.И., ЖиляевЮ.В., Шмарцев Ю.В. ФТП. 1971. Т.5, С. 196.

77. Ploog К., Dohler G.H. Adv. Phys., 1983, v. 32, p. 285.

78. Силин А.П. Полупроводниковые сверхрешетки. Успехи физических наук. Т. 147, вып.З., ноябрь, 1985.

79. R. Dingle, H.L. Stormer, H.L. Gossard, W. Wiegmann. Appl. Phys. Lett., 33, 665 (1978).81 .ШикА.Я. ФТП, 1974, т. 8, с. 1841.

80. Meiman N.N. J. Math. Phys., 1983, v. 24, p. 539.

81. Esaki L., Chang L.L. Phys. Rev. Lett., 1974, v. 33, p. 495.

82. TsuR., Chang L.L, Sai-Halasz G.A., EsakiL., Ibidem, 1975, v. 34, p. 1509.

83. Kakalios J., Frietzsche H. — Ibidem, p. 503.

84. Osborn G.C. //J. Appl. Phys. 1982. V.53. P.1586.

85. M. Ludowise, W.T. Dietze, C.R. Lewis, M.D. Camras,N. Holonyak, B.K. Fuller, M.A. Nixon. Appl. Phys. Lett., 42,487 (1983).

86. E. Rezek, H. Shichijo, B.A. Vojak, N. Holonyak Jr. Appl. Phys. Lett., 31, 534 (1977).

87. Алферов Ж.И., Гарбузов Д.З., Арсентьев И.Н., Бер Б.Я., Вавилова Л.С., Красовский В.В., Чудинов А.В. // ФШ. 1985. 19. С.1108.

88. Алферов Ж.И., Андреев В.М., Воднев А.А., Конников С.Г., Ларионов В.Р., Погребицкий К.Ю., Румянцев В.Д., Хвостиков В.Д. II Письма в ЖТФ. 1986. 12. С. 1089.

89. Ж.И. Алферов, Д.З. Гарбузов, К.Ю. Киэ/саев, А.Б. Нивин, С.А. Никишин, А.В. Овчинников, З.П. Соколова, И.С. Тарасов, А.В. Чудинов. Письма ЖТФ, 12, 210 (1986).

90. Ж.И. Алферов, Н.Ю. Антонишкис, И.Н. Арсентьев, Д.З. Гарбузов, В.И. Колышкин, Т.Н. Налет, НА. Стругов, А.С. Тикунов. ФТП, 22, 1031 (1988).

91. АлферовЖ.И. И ФТП, 1,436 (1967).

92. Лозовский В.Н., Лунин Л. С. Пятикомпонентные твердые растворы соединений АЗВ5. Ростов-на-Дону: РГУ, 1992. С. 192.

93. Андреев В.М., Долгипов Л.М., Третьяков Д.Н. Жидкостная эпитаксия в технологии полупроводниковых приборов. -М.: Советское радио, 1975.320 с.

94. Уфимцев В.Б., Акчурин Р.Х. Физико-химические основы жидкофазной эпитаксии. — М.: Металлургия, 1983. 221 с.

95. Deith R.N. Liguid-phase epitaxial growth of gallium arsenide under transient thermal conditions // J. Cryst. Growth 1970. 7. P.69-73.

96. Woodall J.M. Isothermal solution mixing growth of thin GalnAs layers // J. Electrichem . Soc.- 1981. 118. P. 150-152.

97. Rode D.L. Isothermal diffusion theory of LPE: GaAs, GaP bubble // J. Cryst. Growth. 1983. 20. P.13-23.

98. Hsieh J.J. Thickness and surface morphology of GaAs LPE Lazer growth by supercolling, equilibring-cooling and twophase solution technigues // Ibid. 1977. №1. P.49-55.

99. Kusunaku Т., Nakajima К. The effect of growth temperatures and impurity doping on composition of LPE InGaAsP on InP//J. Cryst. Growth. 1985. 59. P.387-392.

100. Иоффе А.Ф. Два новых применения явления Пельтье // ЖТФ. 1956. Т. 26. С. 478-482.

101. Геворкян В.А., Голубев Л.В., Петросян С.Г., Шик А.Я., Шмарцев Ю.В. Электрожидкостная эпитаксия I, II // Там же, 1977. Т.47. Вып.6. С.1306—1313, 1314-1318.

102. Демин В.Н., Румянцев Ю.М., Кузнецов Ф.А., Буждан Я.М. II Процессы роста полупроводниковых кристаллов и пленок. Новосибирск, 1981. С.67-73.

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

104. Ратушный В.И., Мышкин А.Л., Сысоев И.А., Разумовский П.И. II Кристаллическое совершенство пятикомпонентных гетер остру кту р AlInGaPAs/GaAs. Оптика полупроводников: Тр. междунар. конф. Ульяновск: Изд-во УлГУ, 2000. - С. 164.

105. Лозовский В.Н., Лунин Л.С., Кучерук В.П., Кеда А.И. Распределение Те и Ge в слоях AlxGabxAs // Изв. АН СССР. Неорган, материалы. 1977. Т.13. №10. С.952-955.

106. Лозовский В.К, Лунина О.Д. Эпитаксия варизонных слоев AlxGai.xAs в поле температурного градиента. // Там же. 1980. Т. 16. №2. С.213-215.

107. Благин А.В. Зонная перекристаллизация градиентом температуры в многокомпонентных гетеросистемах на основе антимонида индия: Дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. Новочеркасск, 1996.

108. Лунин Л.С., Благин А.В., Драка О.Е. Исследования энергетического спектра в системе квантовых ям для гетеросистемы InSbixBix/InSb. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Ест. науки. 2002, №1. С. 84-87.

109. Алфимова Д.Л., Благин А.В., Лунин Л.С. Лавинные фотодиоды на основе сверхрешетки InSb-InSbBi. // Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники: Тр. седьмой междунар. науч.-техн. конф. — Таганрог: ТРТУ, 2000.4.1. С. 172-174.

110. Благин А.В. О механизме формирования сверхрешеточных структур в ходе кристаллизации многокомпонентных висмутидов. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2000. № 2. С. 78-80.

111. Уфшщев В.Б., Зиновьев В.Г., Раухман Н.Р. Гетерогенные равновесия в системе In-Sb-Bi и ЖФЭ твердых растворов на основе InSb. // Изв. АН СССР. Неорган, материалы. 1979. Т.15.№ 10. С.1740-1743.

112. Марончук И.Е., Шутов С.В., Кулюткина Т.Ф. Выращивание эпитаксиальных слоев арсенида галлия из раствора в расплаве висмута. // Изв. РАН. Неорганические материалы. 1995. Т.31. №12. С.1520-1522.

113. Anthony T.R., Cline Н.Е. The kinetics of droplet migration in solids in an acceleration field //Phil. Mag. 1970. V.22. №178. P. 893-901.

114. Gordon R.G., Kim Y.S., J.Chem.Phys., 56,292 (1972).

115. Madelung J., Gott. Nach., 100 (1909).

116. Brown F.C. Physics of Solids, Bengamin, New York, 1967.

117. Lenard-Jones J.E., Proc. Roy Soc., A 109,441 (1925).

118. BernardersN. Phys. Rev., 112, 1534 (1958).

119. Китель Ч. Введение в физику твердого тела. / Пер. с англ. А.А.Гусева и А.В. Пахнева под общей ред. А.А. Гусева. М.: ГРФМЛ, Наука, 1978. 792 е.: ил.

120. Харрисон У. Теория твердого тела. — М.: Мир, 1972.

121. Kellerman Е. W. Phil. Roy. Soc. (London), A238, 513 (1940).

122. Born M., Huang K. Dynamical Theory of Crystal Lattice. — Clarendon Press, Oxford, 1954.

123. Wallace D.C. Thermodynamics of Crystals. John Willey and Sons, New York, 1972.

124. Лунина МЛ. Гетероструктуры на основе висмутсодержащих твердых растворов АЗВ5, полученные методом зонной перекристаллизации градиентом температуры: Дис на соиск. уч. степ. канд. физ.-мат. наук. Новочеркасск, 2008.

125. Литвак A.M., Чарыков Н.А. Новый термодинамический метод расчета фазовых диаграмм двойных и тройных систем, содержащих In, Ga, As и Sb. II Известия РАН. Серия Неорганические материалы. 1991. Т.27. №2. С.225-230.

126. Михайлова М.П., Литвак A.M., Чарыков Н.А. InGaAsSbP новый материал инфракрасной оптоэлектроники // ФТП. 1997. Т.31. Вып.4. С.410-415.

127. Лебедев, В.В. Соединения А3В5: Справ. / В.В. Лебедев, С.С. Стрельченко. -М.: Металлургия, 1984. 144 с.

128. Рябин, В.А. Термодинамические свойства веществ : справ. / В.А. Рябин, Т.Ф Свит, М.А. Остроумов. Л.: Химия, 1977. - 389 с.

129. Пигулев Р.В. Получение и исследование многокомпонентных гетероструктур на основе твердых растворов АЗВ5: Дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. -Ставрополь, 2007.

130. Харрисон У. Электронная структура и свойства твердых тел: Физика химической связи: Пер. с англ. -М.: Мир, 1983. Т.1.381 е., ил.

131. Иванов М.А., Ильин Ю.В., Ильинская Н.Д., Корсакова Ю.А., Лешко А.Ю., Лунев А.В., Лютецкий А.В., Мурашова А.В., Пихтин Н.А., Тарасов И.С. И Письма в ЖТФ. 1995. Г. 21. В. 5. С. 70-75.

132. Баранник А.А., Благина Л.В., Драка О.Е., Подщипков Д.Г. Физико-химические основы получения многокомпонентных полупроводников с заданной субструктур ой. Ростов н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ ЮФУ, 2009. 218 е.: ил.

133. Кардона М., Ю П. Основы физики полупроводников. М.: Физматлит, 2002. 560 с.

134. Phillips J.C. Bonds and Bands in Semiconductors. Academic Press, New York, 1973.

135. Чернов A.A., Гиваргизов Е.И., Багдасаров X.C. и др. Современная кристаллография (в четырех томах). Т.4. М.: Наука, 1980.

136. Volmer М. Kinetik der Phasenbilding, Dresden-Leipzig, 1933 (Фольмер M. Кинетика образования новой фазы. / пер. с нем. К.М. Горбуновой под ред. А.А. Чернова, предисловие Р. Каишева. -М.: Наука, 1986. 204 е.: ил.).

137. Лодиз Р., Паркер Р. Рост монокристаллов. — М.: Мир, 1974. 540 е.: ил.

138. Френкель Я.Н Кинетическая теория жидкостей. / Собр. избран, тр. М.: Изд-во АН СССР, 1959 (-Л.: Наука, 1975).

139. Беляев Н.М., Рядно А.А. Методы теории теплопроводности. Учеб. пособие для вузов. В 2-х частях. Ч. 1. - М.: Высшая школа, 1982. 327 с. 4.2. - М.: ВШ, 1982. 304 с.

140. Лунин Л.С., Сысоев И.А., Смолин А.Ю., Баранник А.А. Техника градиентной эпитаксии полупроводниковых гетероструктур электронной техники. Ростов н/Д: изд-во СКНЦ ВШ ЮФУ, 2008. 160 е.: ил.

141. Моисеев К.Д., Пархоменко Я.А., Анкудинов А.В. и др. Квантовые точки InSb/InAs, полученные методом ЖФЭ. // Письма в ЖТФ. 2007. Т.ЗЗ. Вып.7. С. 5056.

142. Звонков Б.Н., Карпович НА., Байдусь Н.В. и др. Влияние легирования слоя квантовых точек Bi на морфологию и фотоэлектронные свойства гетероструктур GaAs/InAs, полученных ГФЭ. // ФТП. 2001. Т.35. Вып.1. С.91-97.

143. Барыбин А.А., Сидоров В.Г. Физико-технологические основы электроники. -М.: Лань, 2002.

144. Венгенович Р.Д, ГудьшаЮ.В., Ярема С.В. И ФТП, 2001. Т.35. Вып.12. С.1440.

145. Скрипов В.П. Метастабильная жидкость. М.: Наука, ГРФМЛ, 1972.

146. Щукин В.А. Спонтанное формирование полупроводниковых наноструктур: Дис на соиск. уч. степ. докт. физ.-мат. наук. СПб: ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН, 1998.

147. Гунд X., Тобочник Я. Компьютерное моделирование в физике. М.: Мир, 1990. Ч. П. 264 с.

148. Гудилин Е.А., Олейников H.H., Баранов А.Н., Третьяков Ю.Д. Моделирование эволюционных процессов в поликристаллических системах, формирующихся при кристаллизации расплавов. // Неорган, материалы. 1993. Т.29. №11. С.1443-1448.

149. Лунин U.C., Овчинников В.А., Благин A.B., Алфимова Д.Л., Абрамов Э.В. Исследование начальных стадий роста эпитаксиальных слоев многокомпонентных твердых растворов АЗВ5. // Изв. вузов. Сев.-Кав. регион. Техн. науки. 1997. №3. С.92.

150. В.И Фистуль. Атомы легирующих примесей в полупроводниках. М.: Физматлит, 2004. 331 с.

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

152. Николис Г., Пригоэ/син И. Познание сложного. — М.: Мир, 1990.

153. Вихров С.П., Бодягин Н.В., Ларина Т.Г., Мурсалов С.М. Процессы роста неупорядоченных полупроводников с позиций теории самоорганизации. // ФТП. 2005. Т.39. Вып.8. С.953-959.

154. Кулинич Н.В. Эволюция межфазных границ в процессе зонной перекристаллизации в поле температурного градиента с учетом гидродинамических эффектов: Дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. -Новочеркасск, 1998.

155. Овчаренко А.Н. Нелинейные явления в процессе эволюции межфазных границ при зонной перекристаллизации в поле температурного градиента: Дис. на соиск. уч. степ. канд. физ.-мат. наук. Новочеркасск, 1988.

156. Лебедев А.И. Физика полупроводниковых приборов. — М.: Физматлит, 2008. 488 с.

157. Казакова Н.И., Немчинова Н.В., Красин Б. А. Изучение макро- и микроструктуры кремния // Совр. проблемы науки и образования. 2007. №6. 4.3. ( )

158. Киреев Е.И. Исследование кинетики зонной плавки с градиентом температуры в системах кремний-золото, кремний-алюминий, кремний-ашоминий-золото: Дис. на соиск. уч. степ. канд. физ.-мат. наук. Новочеркасск, 1974. 192 с.

159. Севостьянов A.C. Формирование многокомпонентных твердых растворов GaSb<Bi> и GaInSb<Bi> для инжекционных излучателей ИК-диапазона: Дис. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. Новочеркасск, 2005.

160. Вечкосов И.А., Кручинин H.A., Поляков А.И., Резижкин В.Ф. Приборы и методы анализа в ближней инфракрасной области. М.: Химия, 1977.231 с.

161. Rosencher Ed.E., Levine В. Intersubband transitions in quantum wells // NATO ASI Series. Ser. В. Physics. V.288. Plenum Press. N.-Y. and London, 1992.

162. Розеншер Э., Винтер Б. Оптоэлектроника. M.: Техносфера, 2004. 592 с.