Исследование магнитотранспорта на гетерогранице II типа в системе GaInAsSb/InAs(GaSb) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.10, кандидат физико-математических наук Розов, Александр Евгеньевич

• Розов, Александр Евгеньевич
• кандидат физико-математических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Розов, Александр Евгеньевич

Введение.

Глава I. Обзор литературы.

1.1. Электронные свойства бинарных соединений ваБЬ и ГпАб.

1.1.1 ОаБЬ.

1.1.2 ¡пАв.г.

1.2. Многокомпонентные твердые растворы в системе ОаБМлАБ

1.2.1 Получение.

1.2.2 Энергетическая структура.

1.2.3 Электрофизические свойства.

1.3. Гетеропереходы. •>.

1.3.1 Модели и подходы к расчету энергетических диаграмм.

1.3.2 Получение и магнитотранспортные свойства гетеропереходов

I и II типа.

1.3.3 Гетеропереходы Оа1пАз8Ь/Оа8Ь и ОаХпАзЗЬЛпАБ.

1.4. Выводы.:.

Глава II. Методика эксперимента.

2.1 Выбор образцов для исследования и технология выращивания гетероструктур.

2.2 Подготовка к измерениям.

Глава III Магнитотранспорт в гетероструктурах II типа p-GaixInxAsySbiy/p-InAs с различным составом твердого раствора.

3.1 Методика.

3.2 Экспериментальные результаты. Слабые магнитные поля (до 2Т)

3.2.1. Подвижность носителей тока.

3.2.2. Магнитосопротивление.

3.3 Квантовый магнитотранспорт в полуметаллическом канале на гетерогранице II типа p-Gai.xInxAsySbiy/p-InAs.

3.4. Сопоставление экспериментальных результатов с зонной диаграммой гетероперехода.

3.5. Выводы.

Глава IV Исследование магнитотранспорта на гетерогранице р-GalnAsSb/p-InAs в зависимости от легирования твердого раствора.

4.1. Экспериментальные результаты.

4.2. Оценка параметров твердого раствора и электронного канала.

4.3. Сопоставление экспериментальных результатов с зонной энергетической диаграммой гетероперехода.

4.4. Выводы.

Глава У. Гетеропереходы Gai-xInxAsySbiy/GaSb (х>0.80). Магнитотранспортные свойства.

5.1.Методика.

5.2. Оценка зонной энергетической диаграммы гетероперехода Gai.xInxAsySbi.у/GaSb (0.88<х<0.95).

5.3. Экспериментальные результаты.

5.3.1. Гетероструктуры GalnAsSb/GaSb с нелегированными слоями твердых растворов (n-N, п-Р).

5.3.2. Гетероструктуры GalnAsSb/GaSb с легированными слоями твердых растворов (переходы p-N, р-Р).

5.4. Влияние типа связи на гетерогранице на магнитотранспортные свойства гетероструктур.

5.5. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование магнитотранспорта на гетерогранице II типа в системе GaInAsSb/InAs(GaSb)»

Актуальность темы.

Гетеропереходы на основе узкозонных четырехкомпонентных твердых растворов А3В5 в системе ОаЗМпАБ представляют значительный интерес для создания оптоэлектронных приборов (лазеров, светодиодов и фотодиодов) для спектрального диапазона 2-5 мкм. Этот диапазон актуален для задач газового анализа и экологического мониторинга [1].

Начиная с пионерской работы Дингла с соавторами в середине 70х годов [2], подавляющее большинство работ по исследованиям гетеропереходов посвящалось гетеросистемам СаАБ/АЮаАБ или системам со сходным взаимным расположением зон. В таких структурах, получивших название гетеропереходов I типа, скачки потенциала на гетерогранице между зонами проводимости ДЕс и валентными зонами АЕу контактирующих материалов направлены в разные стороны [3].

В настоящее время, однако, наблюдается устойчивый рост интереса к гетероструктурам II типа, в которых скачки потенциала на гетерогранице ДЕс и АЕу имеют одинаковый знак. Основной чертой гетеропереходов II типа является пространственное разделение электронов и дырок и их локализация в самосогласованных квантовых ямах по обе стороны гетерограницы. Это приводит к ряду интересных физических эффектов в оптических и магнитотранспортных свойствах, возникновение которых в гетеропереходах I типа невозможно, что вызывает к себе пристальный интерес исследователей. Ярким представителем гетеропереходов II типа является система ЬгАз/ОаЭЬ, впервые полученная и изученная Есаки с сотр. [4], которая продолжает активно изучаться и в настоящее время. В такой системе из-за большой разницы в значениях электронного сродства контактирующих материалов валентная зона ОаЗЬ лежит по энергии выше, чем зона проводимости 1пАб на величину энергетического зазора

Д=150мэв [5]. Вследствие этого происходит перетекание электронов из валентной зоны ОаБЬ в зону проводимости 1пАб с возникновением на гетерогранице высокой плотности пространственно разделенных электронов и дырок что приводит к большой вероятности непрямой (туннельной) рекомбинации [6]. Такие гетеропереходы получили название «разъединенные» гетеропереходы II типа (в отличие от «ступенчатых» гетеропереходов, где энергетический зазор А отсутствует).

Используя твердые растворы Оа1пАБ8Ь различного состава можно менять перекрытие зон на гетерогранице и создавать как ступенчатые гетеропереходы II типа, так и разъединенные. В настоящее время в литературе уже накоплен значительный материал по исследованию гетеропереходов II типа (см. например обзоры [3, 7]), созданы и активно разрабатываются оптоэлектронные приборы использующие на основе таких гетеропереходов [8]. В лаборатории инфракрасной оптоэлектроники ФТИ им. А.Ф.Иоффе был предложен новый подход к созданию полупроводниковых структур для среднего ИК диапазона (лазеров, светодиодов и фотодиодов) с использованием гетеропереходов II типа на основе многокомпонентных твердых растворов в системе ОаЗЬ-ГпАэ, " выращиваемых на подложках ЬхАв и ОаБЬ [9-11]. Были исследованы люминесцентные, электрические и фотоэлектрические свойства как ступенчатых, так и разъединенных гетеропереходов II типа. В гетеросистеме СаГпАзБЬЯпАз обнаружена интенсивная интерфейсная электролюминесценция [12], обусловленная туннельной рекомбинацией носителей, пространственно разделенных на гетерогранице и определены энергетические параметры самосогласованных ям на гетерогранице. Были предложены и созданы инфракрасные лазеры нового типа на основе гетеропереходов II типа [9].

В тоже время детального исследования магнитотранспорта в гетеросистемах Оа1пА88Ь/1пАз(Са8Ь) с самосогласованными квантовыми ямами не предпринималось. Ранее магнитотранспортные свойства разъединенных гетеропереходов II типа исследовались только для структур с квантовыми ямами и сверхрешетками (ТпАз/ОаБЬ, Оа1п8Ь/1пА$, А^Ь/ГпАз/ОаБЬ) [13], полученных методом молекулярно-пучковой эпитаксии, однако данные по исследованию магнитотранспорта в одиночных гетероструктурах II типа в литературе отсутствуют.

Представляется важным исследование магнитотранспорта в полуметаллическом канале на гетерогранице II типа в одиночных гетероструктурах Оа1пАз8ЬЛпА5(Оа8Ь), выращенных методом жидкофазной эпитаксии в зависимости от состава и степени легирования твердого раствора, меняющих условия перекрытия зон на гетерогранице и параметры самосогласованных квантовых ям, изучение явлений переноса и механизма рассеяния носителей тока на гетерогранице. Кроме фундаментального интереса, актуальность данных исследований определяется важным практическим применением исследуемых материалов для создания как новых оптоэлектронных приборов для среднего ИК-диапазона, так и холловских сенсоров нового типа, использующих необычные свойства гетерограницы II типа.

Цель и задачи работы Целью работы является исследование магнитотранспортных свойств гетеропереходов на основе многокомпонентных твердых растворов в системе Оа8Ь-1пАз, выращенных методом ЖФЭ на подложках ЪгАэ и Оа8Ь и характеристик полуметаллического канала на гетерогранице II типа в зависимости от состава и уровня легирования четверного твердого раствора, меняющих условия перекрытия зон на гетерогранице и параметры самосогласованных квантовых ям, изучение явлений переноса и механизма рассеяния носителей на гетерогранице в слабых и сильных магнитных полях.

Для достижения поставленной цели в диссертации решались следующие задачи:

Исследование гальваномагнитных свойств одиночных гетероструктур Са1 х1пх Азу 8Ь ] .уЯпАэ, выращенных методом жидкофазной эпитаксии с резкой (несколько монослоев) гетерограницей, в области широкозонных твердых растворов (0<х<0.23, Её>0.56эВ). Установление характера зонной энергетической диаграммы таких гетеропереходов в зависимости от состава твердого раствора.

- Исследование влияния уровня легирования твердого раствора акцепторными примесями на магнитотранспортные свойства полуметаллического канала на гетерогранице II типа в системе р-Оа1пАз8Ь/р-1пА8.

Исследование энергетического спектра и параметров квантовых ям, возникающих на границе раздела в гетеропереходах II типа Оа1пАз8Ь/1пА8 при низких температурах в слабых и сильных магнитных полях. Выявление раздельного вклада двумерных электронов и дырок, локализованных на гетерогранице, в квантовую проводимость в сильных магнитных полях.

- Проведение сравнительного исследования влияния гетерограницы

•г на магнитотранспортные свойства гетеропереходов II типа с широкозонным (0<х<0.23, Её>0.56эВ) и узкозонным (0.88<х<0, Её<0.4эВ) твердыми растворами Оа^ДпхАзуЗЬьу, выращенными на подложках ЪоАб и ОаБЬ соответственно.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые проведено комплексное исследование магнитотранспорта в слабых и сильных магнитных полях в одиночных гетеропереходах II типа на основе многокомпонентных твердых растворов в системе Оа^Ь-ГпАз, созданных методом жидкофазной эпитаксии, в широком интервале составов твердого раствора в зависимости от типа и уровня легирования четверных твердых растворов. А именно:

1) Экспериментально обнаружен электронный канал с высокой подвижностью носителей (цн=30000-50000 см /В с) на гетерогранице II типа в изотипном р-Оа1пАв8Ь/р-1пАз гетеропереходе с нелегированным и слабо легированным (р<5 1017см"3)четверным слоем.

2) Исследованы транспортные свойства одиночных изотипных гетероструктур II типа ОаЬъАзБЬ/р-ГпАз с различным составом широкозонного твердого раствора р<та1.х1пхА%8Ь1.у/р-1пА8 (0<х<0.23, Её>0.56эВ), выращенных методом ЖФЭ с резкой гетерограницей, в зависимости от уровня легирования акцепторами четверного эпитаксиального слоя.

3) Показано, что в изотипном р-Оа1пАз8Ь/р-1пАз гетеропереходе

17 3 при сильном легировании твердого раствора (р>5 10 см") наблюдается резкое падение подвижности, обусловленное переходом от полуметаллической к полупроводниковой проводимости и истощением электронного канала.

4) Исследован энергетический спектр электронного канала на гетерогранице ОаХпАвБЬЯпАз со стороны 1пАб в сильных (свыше ЮТ) магнитных полях при низких (1.5-4.2К) температурах и оценены двумерные концентрации электронов.

5) Обнаружен и исследован электронный канал, возникающий в гетероструктурах II типа с узкозонным твердым раствором Оа1-х1пхА8у8Ь1у (0.9<х<1, Eg<0.4эB), выращенным на подложке ОаБЬ.

Научная и практическая значимость работы заключается в том, что в ней

1) Обнаружен и изучен электронный канал с высокой подвижностью носителей на гетерогранице II типа в одиночных гетероструктурах

GaInAsSb/InAs(GaSb) полученных методом ЖФЭ.

2) Установлена возможность управления свойствами полуметаллического канала на гетерогранице в разъединенном гетеропереходе II типа в системе GaInAsSb/InAs(GaSb) при изменении состава четверного твердого раствора, уровня его легирования и воздействии магнитного поля.

3) При исследовании в сильных магнитных полях установлено, что в энергетическом спектре носителей на гетерогранице p-GalnAsSb/p-InAs проявляются две размерно-квантованные подзоны Е} и Е2 с двумерной концентрацией с концентрацией электронов ns=l Л'10псм"2 и ns=4.2'10ncM" 2 соответственно.

4) Полученные фундаментальные результаты по исследованию магнитотранспортных свойств полуметаллического канала на разъединенной гетерогранице II типа открывают возможность создания новых электронных и оптоэлектронных приборов (холловских сенсоров, транзисторов, туннельно-инжекционных лазеров, а также длинноволновых лазеров, управляемых магнитным полем).

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Гетеропереходы Gai.xInxAsySbi.y/InAs (0.09<х<0.23, 0.7<Eg<0.6, Т=77К), полученные методом жидкофазной эпитаксии представляют собой разъединенные гетеропереходы П типа, в которых валентная зона широкозонного полупроводника (твердый раствор) лежит по энергии выше зоны проводимости узкозонного на величину Д=50-100мэВ. Изменение состава твердого раствора в сторону увеличения содержания In в пределах 0.09<х<0.23 не приводит к изменению типа зонной диаграммы гетероперехода.

2. В изошпных одиночных гетероструктурах p-Gai.xInxAsySbi.y/p-InAs с нелегированными или слаболегированными эпитаксиальными слоями

17 3 р<510 см") на границе раздела со стороны InAs существует полуметаллический канал с высокой подвижностью электронов цн=30000-50000см2/Вс (Т=4.2-250К).

3. Сильное легирование твердого раствора GalnAsSb акцепторами (Zn>410"3ат%, р>1018см"3) приводит к резкому, до 1000см2/В с, падению подвижности в электронном канале на гетерогранице GalnAsSb/InAs, что связано с. переходом от полуметаллического к полупроводниковому характеру проводимости и обусловлено истощением электронного канала и возрастающей ролью рассеяния на неоднородностях интерфейса.

4. Узкозонные твердые растворы GaixInxAsySbi.y, (0.85<х<0.95, 0.7<Eg<0.6, Т=77К) выращенные на подложках GaSb, образуют либо ступенчатый гетеропереход при 0.85<х<0.9, либо разъединенный при 0.85<х<0.9, при этом в ступенчатых гетеропереходах подвижность определяется носителями из эпитаксиального слоя (jlih=6000cm2/Bc, Т=77К), а в разъединенном гетеропереходе основной вклад в подвижность вносят электроны из полуметаллического канала со стороны узкозонного твердого раствора (цн=16000-18000см2/Вс, Т=77-300К).

5. Энергетический спектр электронного канала на гетерогранице GalnAsSb/InAs состоит из двух размерно квантованных подзон с концентрацией электронов ns=l.riOncM~2 и ns=4.2"10ncM"2 соответственно для вышележащей и нижележащей подзоны.

Апробация работы.

Материалы диссертационной работы апробировались на всероссийских и международных конференциях: Intern. Conf. on Superlattices, Microstructures and Microdevices, Liege, Belgium, 1996; Nanostructures: Physics and Technology, St.Peterburg, 1997 и 2000; III

Всероссийской конференции по физике полупроводников, Москва, 1997; Physics on the Turn of XXI Century St.Peterburg, 1997; Санкт-Петербургской молодежной научной конференции по физике полупроводников, 1998; Всероссийской молодежной научной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, С.Петербург 1999; Международной зимней школе ФТИ по физике полупроводников, Зеленогорск, 2000; а также на семинарах лаборатории инфракрасной оптоэлектроники ФТИ им. А.Ф.Иоффе.

Публикации

По материалом работ было опубликовано 14 печатных работ, в том числе 6 в рецензируемых изданиях. Список публикаций приведен в конце диссертации.

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 124 страницы, включая 85 страниц основного текста, 32 рисунка и 7 таблиц. Список цитируемой литературы включает в себя 115 наименование и занимает 9 страниц.

Заключение диссертации по теме «Физика полупроводников», Розов, Александр Евгеньевич

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. Воронина Т.И., Лагунова Т.С., Михайлова М.П., Моисеев К.Д., Розов А.Е., Яковлев Ю.П., Магнитосопротивление в гетероструктурах GalnAsSb/p-InAs с различным уровнем легирования твердого раствора донорной примесью. Письма в ЖТФ, -1997, т22, в.19, cip.34-40.

2. Mikhailova М.Р., Voronina N.I., Lagunova T.S., Moiseev K.D., Obukhov S.A., Rozov A.E., Yakovlev Yu.P. Electron channel with high carrier mobility at the interface of isotype II broken-gap p-GalnAsSb/p-InAs heterostructures. Superlattice and Microstructures, -1998, v.24,1, p.105-110.

3. Воронина Т.Н., Лагунова T.C., Михайлова М.П., Моисеев К.Д., Обухов С.А., Розов А.Е., Яковлев Ю.П. Свойства электронного канала в одиночных гетероструктурах GalnAsSb/p-InAs. Письма в ЖТФ, -1997, т23, в.23, стр.1-6.

4. Воронина Т.Н., Лагунова Т.С., Михайлова М.П., Моисеев К.Д., Розов А.Е., Яковлев Ю.П., Истощение инверсного электронного канала на гетерогранице II типа в системе p-GalnAsSb/p-InAs, ФТП-1998, т.32, стр.215-220.

5. Воронина Т.И., Лагунова Т.С., Михайлова М.П., Моисеев К.Д., Розов А.Е., Яковлев Ю.П., Магнитотранспорт в полуметаллическом канале в гетероструктурах p-GaixInxAsySbi y/p-InAs с различным составом твердого раствора., ФТП -1999, т.34, 2, стр. 194-199.

6. Воронина Т.И., Лагунова Т.С., Михайлова М.П., Моисеев К.Д., Розов А.Е., Яковлев Ю.П. Переход от полуметаллической к полупроводниковой проводимости в гетеропереходах II типа р-GalnAsSb/p-InAs. Тезисы III Всероссийской конференции по физике полупроводников, Москва, 1997, стр.170

7. Mikhailova М.Р., Voronina N.I., Lagunova T.S., Moiseev K.D., Obukhov S.A., Rozov A.E., Yakovlev Yu.P. Electron channel with Carrier Mobility at the interface of the type-II broken-gap p-GalnAsSb/p-InAs heterojunctions. Abstracts of the Intern, conf. On Superlattice, Microstructures and Microdevices, Liege, Belgium, 1996, Tup-57.

8. Воронина Т.И., Лагунова T.C., Моисеев К.Д., Розов А.Е., М.В. Степанов, М.А. Сиповская, Яковлев Ю.П. Электрофизические свойства эпитаксиального арсенида индия и узкозонных твердых растворов на его основе. ФТП-1999, т.ЗЗ, 7, стр.781-799

9. Розов А.Е. Переход от ступенчатого гетероперехода к разъединенному в гетероструктурах InxGai.xAsySbiy/GaSb с высоким содержанием In в твердом растворе. Тезисы Всероссийской молодежной научной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике, С.-Петербург 1999, стр.68

10. Mikhailova М.Р., Bazhenov N.L., Berezovets V.A., Moiseev K.D., V.I.Voronina T.I., Lagunova T.S., Parfeniev R.V., "Rozov A.E., Smirnov V.S., Yakovlev Yu.P, Magnetotransport and electroluminescence of 2D-carriers at the II heterointerfaces in the narrow-gap heterOstructures based on GaSb/InAs: Summaries of the Int. conf. "Physics on the Turn of 21st Century" St.Peterburg, 1998, p.98

11. Розов А.Е. Магнитотранспорт в разъединенных гетеропереходах II типа p-GaixInxAsySbi-y/p-InAs с различным составом твердого раствора. Тезисы Санкт-Петербургской молодежной научной конференции по физике полупроводников, 1998, стр.45

115

12. Lagunova T.S., Voronina N.I., Mikhailova M.P., Moiseev K.D., Rozov A.E., Yakovlev Yu.P. Transition from semimetal to semiconductor conductivity in type-II p-GalnAsSb/p-InAs heterojunctions. Proceeding of the Int. conf. "Nanostructures: Physics and Technology", St.Peterburg, 1997, p.545-548.

13. Розов A.E. Квантовый магнитотранспорт в полуметаллическом канале на гетерогранице II типа. Тезисы Международной зимней школы ФТИ по физике полупроводников, Зеленогорск, 2000, стр.13-14.

14. Berezovets V.A., Mikhailova М.Р., Moiseev K.D., Parfeniev R.V., Rozov A.E., Yakovlev Yu.P, Nizhankovskii V.I. Quantum magnetotransport in the semimetal channel at the type-II broken-gap GalnAsSb/InAs heterojunction. Proceeding of the Int. conf. "Nanostructures: Physics and Technology" St.Peterburg, 2000, p.

116

ОБЩЕЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе проводилось исследование магнитотранспортных свойств гетеропереходов на основе многокомпонентных твердых растворов в системе Оа1пАз8Ь/1пА8(Оа8Ь), выращенных методом ЖФЭ, и характеристик полуметаллического канала на гетерогранице II типа в зависимости от состава и уровня легирования четверного твердого раствора, меняющих условия перекрытия зон на гетерогранице и параметры самосогласованных квантовых ям, изучались явления переноса и механизма рассеяния носителей на гетерогранице в слабых и сильных магнитных полях в широком диапазоне температур.

1) Обнаружен и изучен полуметаллический канал с высокой (дн=50000см /В с) подвижностью электронов на разъединенной гетерогранице II типа в одиночных изотипных гетероструктурах р-Оа1пА88Ь/р-1пА8 с нелегированными слоями четверного твердого раствора, полученных методом ЖФЭ с резкой гетерограницей.

3) Оценены зонная энергетическая диаграмма и условия перекрытия зон на гетерогранице в гетероструктурах II типа р-Оа1х1пхА8у8Ь1.у/р-1пА8 с различным составом нелегированного твердого раствора 0<х<0.23. Установлено, что во всем указанном диапазоне составов в таких гетероструктурах реализуется разъединенный гетеропереход II типа с энергетическим зазором на гетерогранице А=50-100мэВ, с полуметаллическим каналом со стороны 1пАз.

3) В гетероструктурах р-Оа1х1пхАзу8Ь1.у/р-1пА8 (0<х<0.23) исследованы ориентационные зависимости осцилляций Шубникова - де-Гааза в сильных (свыше ЮТ) магнитных полях при Т=1.45-4.2К позволили сделать заключение о двумерной природе электронов в полуметаллическом канале на гетерогранице II типа. Из исследований температурных зависимостей амплитуды осцилляций позволили определить величину эффективной массы носителей в полуметаллическом канале. Ее величина (ш =0.026щ>) близка к значению эффективной массы электронов в ¡пАб, что подтверждает расположение электронного канала на гетерогранице ОаЬгАзБЬЛпАз со стороны арсенида индия.

4) При исследовании квантовых осцилляций холловской проводимости в сильных магнитных полях гетероструктурах р-Gao.83Ino.17Aso.22Sbo.78/p-InAs с нелегированным твердым раствором был установлен вид энергетического спектра полуметаллического канала, состоящий из двух размерно квантованных электронных подзон концентрациями П8=1.Г10псм"2 и пз=4.2 10псм"2 соответственно.

5) Резкое уменьшение коэффициента Холла и изменение его знака в сильных (до 14Т) магнитных полях указывает на значительный вклад в проводимость дырок из твердого раствора. В сильных магнитных полях около 14Т наблюдалось появление дополнительных серий осцилляций, соответствующих концентрации дырок в твердом растворе рз=1Ю12см"2. Таким образом, в разъединенном гетеропереходе II типа в проводимости вдоль перехода (в продольном магнитотранспорте) участвуют электроны в канале со стороны 1пАз и дырки из твердого раствора р-Оа1пАз8Ь.

6) При сильном легировании твердого раствора в гетероструктурах II типа р-Оа1пАз8Ь/р-1пАз акцепторами р>ГЮ18см"3 экспериментально обнаружено резкое падение подвижности в электронном канале, связанное с его истощением и переходом от полуметаллической проводимости к полупроводниковой. Показана возможность управления параметрами полуметаллического канала на гетерогранице II типа р-Оа1пА58Ь/р-1пА8 (шириной канала, двумерной концентрацией и подвижностью носителей) путем изменения уровня легирования твердого раствора.

7) Исследования магнитотранспорта в гетеропереходах II типа на основе узкозонных твердых растворов Са1х1пхА5у8Ь1-у (0.85<х<95,

112

Eg<0.4эB), выращенных на подложке СаЭЬ, показали, что в таких гетеропереходах, в области содержания 1п также существует электронный канал на гетерогранице. Меньшие значения подвижности в таких Л гетероструктурах (цн=18000см /В с) по сравнению со структурами с широкозонным твердым раствором СаьхЬтхАЗуБЬьу (0<х<0.23), выращенным на подложке ГпАб (р,н=50000см2/В'с) связаны с изменением характера гетерограницы увеличением вклада неоднородности гетерограницы в рассеяние носителей.

В заключение я считаю своим приятным долгом выразить глубокую благодарность за руководство и неоценимую поддержку при проведении работы моему научному руководителю Майе Павловне Михайловой.

Я также глубоко благодарен Юрию Павловичу Яковлеву за постоянный интерес, поддержку и внимание к этой работе.

Я также глубоко благодарен Константину Дмитриевичу Моисееву и Биджигиту Журтанову за любезно предоставленные образцы для исследований, а также Тамаре Степановне Лагуновой и Тамаре Ивановне Ворониной за помощь в измерениях и обсуждении результатов. Кроме того, я глубоко признателен Роберту Васильевичу Парфеньеву и Анатолию Вячеславовичу Березовцу за проведение экспериментов при низких температурах и помощь в обсуждении полученных результатов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Розов, Александр Евгеньевич, 2000 год

1. A.1. Nadezhdensky, A.M. Prokhorov Modern trends of diod laser Spectroscopy // Proc.SPIE -1992. -v.1724, -p.2.

2. R. Dingle, A.Gossard, W. Wiegmann. Direct observation of superlattice formation in a semiconductor heterostructure // Phys. Rev. Lett. -1979, -v.34, -34,-p. 1370.

3. Wilson B. Carrier dynamics and recombination mechanisms in staggered-alignment heterostructures // IEEE J. of Quantum Electron. -1988, -v.24, 8, -p. 1763

4. Esaki L., Chang L., Sai-Halazs G. Ini.xGaxAs-GaSbiyAsy heterojunctions grown by MBE // Appl. Phys. Lett.- 1977.-v.31, -3, -p.211

5. Esaki L., Sai-Haiazs G., Harrison W., InAs-GaSb supperiattice energy structure and it's semiconductor semimetal transition//Phys. Rev. В 1978.-v.18, -6, -p.2812.

6. Mahi R, Sigh, A. Shik, W. Low. A theory of generation and recombination in semimetalic heterostructures: application to InAs-GaSb // Phys. of Low-Dim. Str., -1997.,-v. 11, -p.49.

7. M.P. Mikhailova, A.N. Titkov, Type II heterojunction in the GalnAsSb/GaSb system // Sem. Sci. Tehn., -1994, -v9., -p.1279

8. Rui Q. Yang, S.S. Pei Novel type-II quantum cascade lasers // J. Appl. Phys., -1996, -v.79, -11, -p. 8197.

9. К.Д. Моисеев, М.П. Михайлова, О.Г. Ершов, Ю.П. Яковлев. Туннельно-инжекционный лазер на основе одиночного гетероперехода II типа р-GalnAsSb/p-InAs.// ФТП -1996, -т.30, в.З, -стр.399.

10. Андаспаева А.Л., А.Н. Баранов, A.M. Гусейнов, А.Н. Именков, Л.М. Литвак., Г.М. Филаретова, Ю.П. Яковлев. Высокоэффективные светодиоды на основе GabAsSb 2,2мкм, ц=4%, Т=300К) // ПЖЭТФ, -1988., -т. 14, -в.9, -стр.845.

11. M.P. Mikhailova, G.G. Zegrya, K.D. Moiseev, Yu.P.Yakovlev. Interface electroluminescence of confined carriers in type II broken-gap p-GalnAsSb/p-InAs single heterojunction // Solid State Electron. -1984. -v.40, 1-8, p.673-677

12. N.Kuze, К. Nagase, S. Muramatsu, S. Miya, T. Iwabuchi, A. Ichii, Ishibasaki. InAs deep quantum well strustures and their aplication to Hall elements // J. Crist. Growth, -1995, -v. 150, -p. 1307

13. Маделунг О. Физика полупроводниковых соединений элементов Ш и V групп., М.,Мир, 1967, стр.311; К. Хилсум, А. Роуз-Инс. Полупроводники типа А3В5., М., Издательство иностранной литературы, 1963, стр.323

14. R. Baxter, R, Bate, F. Reid, Ion-pairing between lithium and residual acceptors in GaSb // J. Phys. Chem. Solid 1965, -v.26, -1, -p.41

15. W. Jakovetz, W. Ruhle, K. Brenninger, M. Pulkuhn, Luminescence and photoconductivity of undoped p-GaSb // Phys. Status Solidi-1972, -v. 12, -p. 169

16. Баранов A.H., Воронина Т.И., Лагунова T.C., Шерстнев В.В., Яковлев Ю.П. изменение концентрации природных акцепторов в GaSb// Письма в ЖТФ, -1987., -т.13,-в.18, -стр.103.

17. Баранов А-Н., Литвак А.М., Шерстнев В.В., Фазовая диаграмма системы Ga-Sb-Pb // Изв. АН СССР Сер: Неорг. матер., -1989, -т.25, -в.6, -стр.922

18. Баранов А.Н., Воронина Т.И., Лагунова Т.С., Тимченко И.Н., Чугуева 3,И., Шерстнев В.В., Яковлев Ю.П. Кинетика изменений концентрации структурных дефектов и их роль в рассеянии дырок в p-GaSb // ФТП, -1989, -т.23, -в.5, -стр.780

19. Баграев Н.Т., Баранов А.Н., Воронина Т.И., Толпаров Ю.Н., Яковлев Ю.П., Подавление природных акцепторов в Ga// Письма в ЖТФ, -1985., -т. 11, -в.2, -стр.117

20. Sladek R.L. // Phys. Rev., -1957., -vl05, -p.460

21. Hamson R.J., Howstown N'.A. LPE-grown and characterization of n-type InAs // J. Cryst. Growth, -1968., -v.78, -p.257-262

22. M. Levinshtain, S. Rumyantsev, M. Shur. Handbook series on semiconductor parameters, -v.l, World Scientific Publishing, -p.218.

23. Rupprecht H.//Zs.Naturforsch, -1958, 13a, -p.1094

24. A.H. Баранов., Т.И. Воронина, A.A. Гореленок, T.C. Лагунова, A.M. Литвак, М.А. Сиповская, С.П. Старосельцева, В.А. Тихомирова, В.В. Шерстнев. Исследование структурных деффектов в эпитаксиальных слоях арсенида индия. // ФТП, -1992., -т.26,-стр. 1612

25. А.Н, Баранов., Т.И. Воронина, Т.С. Лагунова, М.А. Сиповская, В.В. Шерстнев, Ю.П. Яковлев. Свойства эпитаксиального арсенида индия, легированного редкоземельными элементами. // ФТП, -1993, -т.27, -в.2,стр.421.

26. Андерсон Г.Ю., Гусев O.K., Заитов Ф.А., Киреенко В.П., Яржембицкий В.И. Влияние условий измерений на аномальный эффект Холла в p-InAs// ФТП, -1991., -т25 -в. 11, -стр.1999.

27. Z.L. Liau, Н.К. Choi, InAsi.xSbx/Ini.yGayAs multiple quantum well heterostructure design for improved 4-5 mkm lasers // Appl. Phys. Lett, -1994., -v64., -24., -p.3219

28. S.J, Eglash, H.K. Choi InAsSb/AlAsSb double heterostructure diode lasers emitting at 4 mkm // Appl. Phys. Lett, -1994., -664., -a7, -p. 198.

29. М. Jlegems, A.S. Jordan, Solid Liquid Equlibria for Quaternary solid solution involving compounds semiconductors in regular solution approximation // J. Phys. Chem. Sol., -1975., -v36„ -4., -p.329.

30. Kobayashi N., Horikoshi Y., Uemura C. Liquid phase epitaxial growth of InGaAsSb/GaSb and InGaAsSb/AlGaAsSb DH wafers// Jpn. J. Appl. Phys, -1979.,-v. 15,-11,-стр.2169.

31. Stringfellow G. // J. Cryst. Growth, -1982., -v.58, -p. 194

32. Onabe K. Imihiscibility in type Ai.xBxCi.yDy strictly regular quaternary solid solution // Jpn. J. Appl. Phys, -1983., -v22, -10., -p.663.

33. Nakajima K., Osamura K., Yasuda K., Murakami Y. The pseudoquatemary phase diagram of the Ga-In-As-Sb system // J. Cryst. Growth, -1976., -v.36, 2,p.198.

34. Литвак A.M., Чарыков M.A. Экстремальные свойства молекулярных твердых растворов, находящихся в равновесии с расплавами молекулярного состава // ЖФХ, -1992., -т.66, -в.4, -стр.923.

35. J.DeWinter, M.A. Pollack, А.К. Sritastava, J.L. Zuskind. Liquid phase epitaxial GaxhiixAsiySby lattice-matched to (100) GaSb over the 1.71 to 2.33 jam wavelength range // J. Electron. Mater. -1985. -v.4, -6, -p.729.

36. Sankaran R, Antyras G.A., Liquid-Phase Epitaxial growth of GalnAsSb on (lll)B InAs 11 J. Cryst. Growth 1976. - v.36, -2. - p.198.

37. Tournie E, Pitard F., Joulie A., Fourcade R. High temperature liquid phase epitaxial of (100) oriented GalnAsSb near the miscibility gap boundary // J. Cryst. Growth, -1990., -v,104,-4,-p.683.

38. Cherug M., Stringfellow G., Kisker D, Sritastava A., Zuskind J., // Appl. Phys., Lett. -1986, -v.46, -p.283

39. Karouta F., Mani H., Bhan J, Jia Hua F., Joullie A., // Rev. Phys. Appl., -1987, --v.22, -p. 1459

40. М.И. Афраилов, A.H. Баранов, А.Д. Дмитриев, М.П. Михайлова, Ю.П. Сморчкова, И.Н. Тимченко, В.В. Шерстнев, Ю.П. Яковлев, И.Н. Ясиевич Узкозонные гетеропереходы второго типа в системе твердых растворов GaSb-InAs // ФТП, -1990, -624, -т.6, -стр.1397.

41. Баранов А.Н, Джуртанов Б.Е, Именков А.М, Рогачев А. А," Шерняков Ю.М, Яковлев Ю.П. Генерация когерентного излучения в квантово-размерной структуре на одном гетеропереходе // ФТП, -1986, -т.20, -в. 12, -стр.2217.

42. Андреев И.А, Афраилов М.А, Баранов А.Н, Данильчйков В.Г, Мирсогатов М.А, Михайлова М.П, Яковлев Ю.П. Фотодиоды на основе твердых растворов GalnAsSb/GaAlAsSb // ПЖТФ, -1986, -т. 12, -в.21, -стр.1311.

43. Van der Ziel J, Chin T, Tseng W. DH lasers fabricated by new III-V semiconductor material // Appl. Phys. Lett, -1986, -v.48, -3, -p.315.

44. Титков А.Н, Чебан B.H, Баранов А.Н, Гусейнов A.A. Яковлев Ю.П. Природа спонтанной электролюминесценции гетероструктур II типа GalnAsSb/GaSb // ФТП. -1990, -т.24, -в.6, -стр.1056.

45. Моисеев К.Д. Канд. диссер. ¡Создание и исследование инфракрасных источников света на основе гетероструктур твердых растворов арсенида индия. СПб. ФТИ -1989. с. 171.

46. Воронина Т.Н., Лагунова Т.С, Михайлова М.П, Сиповская М.А, Шерстнев В. В, Яковлев Ю.П. Электрические и фотоэлектрические свойства узкозонных твердых растворов GaInAsSb:Mn// ФТП, -1991, -т.25, -в.2, -стр.276.

47. Шерстнев В.В. Канд. диссер.: Жидкостная эпитаксия узкозонных твердых растворов антимонида галлия и арсенида индия для фотоэлектрических илюминесцентных приборов. Лен. ФТИ -1989. с.239.

48. Афраилов М.А., Баранов А.Н., Дмитриев А.П., Михайлова М.П., Сморчкова Ю.П., Тимченко И.Н., Шерстнев В.В., Яковлев Ю.П., Ясиевич И.Н. Узкозонные гетеропереходы II типа в системе твердых растворов GaSb-InAs// ФТП, -1990., -т. 24, -в.8, -стр.1387.

49. X. Gong, Н. Kan, Т. Yamaghuchi, Т. Yamada, L. Suzzuki, LPE growth of High-Quality. GahiAsSb/InAs//Jpn. J. Appl. Phys, -1993., -v32., -2 -p.711.

50. X. Gong, H. Kan, T.T. Yammaghuchi, T. Yamada, L. Suzuki, M. Aoyama, Optical properties of high quality Gai xInxAsiy Sby/In As grown by LPE// Jpn. J. Appl. Phys, -1994., -v33, -4., -p. 1740.

51. N. Kobayashi, Y. Horicoshi LPE growth of GaxIni„xAsiySby with InAs enriched composition on InAs substrate // Jpn. J. Appl. Phys, -1981., -v20., -11., -2253.

52. Воронина Т.И., Джуртанов Б.Е., Лагунова Т.С., Яковлев Ю.П. Поведение примесей в твердых растворах GalnAsSb // ФТП, -1991., -т24., -вЗ., -стр.920.

53. Шарма Б.Л., Пурохит Р.К., Полупроводниковые гетеропереходы. Москва, Советское радио, 1979, стр.451.

54. Милне А, Фойхт Д., Гетеропереходы и переходы металл-полупроводник // Москва, Мир, 1979, стр.432

55. Esaki L., Chang L, Electron properties of InAs-GaSb superlattices// Surf. Sci. -1980. -v.98, 1, -P.70

56. Shay J.L., Wagner S., Phillips J.L., Heterojunction band discontinuities // Appl. Phys. Lett, -1976., -v.28, -1, -p31.

57. Anderson R.L. Experiments on Ge-GaAs heterojunction // Sol. St. Electr. -1962.-v.5, p.341-365

58. Кэйси X., Паниш M., Лазеры на гетероструктурах // 1981, -Москва, -М.,стр.423.

59. Н. Kroemer // CRC Crit. Revs. Sol. St. Sci. -1975, -v.5, -p.555.

60. Frensley W.R., Kroemer H., Theory of the Energy band lineup of an abrupt semicondustor heterojimction // Phys. Rev. В 1977.-v.16, -6. -p.2642.

61. W. Harrison, Elementary theory of heterojunction // J. Vac. Sci. Tech, -1977, -v. 14, -4, -p. 1016.

62. C. Van de Walle, R. Martin, Theoretical study of band offset at semiconductor interfaces//Phys. Rev. В., -1987., -v35., -15., -p.8154.

63. J. Tersoff, Theory of heterojunction interfaces: The role of quantum dipoles // Phys. Rev. В., -1984., -v30., -8, -p.4874.

64. M. Krijn, Heterojunction band offsets and effective masses in III-V quaternary alloys // Semicond. Sci. Technol., -1991, -v6, -1, -p.27

65. Kovalchuk S.P., Kraut E.A., Waldrop J.R., Grant R.W. // J. Vac. Sci. Tech, -1982, -v.20, -1, -p.282

66. D.W. Niles, G. Margaritondo, Heterojimction: Definite breakdown of the electron affinity role // Phys. Rev. B, -1986., -v34, -5., -p.2923.

67. G.J. Gualtaralli, G.P. Schwartz, R.G. Nuzzo, R.J. Malik, J.F. Walker // J. Appl. Phys, -1987., -v6L, -12., -p.5337

68. Punish M.B. Sumski S. The Ga-In-As phase diagram and electrical properties investigation//J. Appl. Phys. -1970. -v7., -p.3195.

69. Алферов Ж.И., Андреев B.M., Корольков В.И., Портной Е.Л., Третьяков Д.Н. Инжекционные свойства гетеропереходов// ФТП, -1968., -т2., -стр1016.

70. Rupprecht Н., Woodal J.M., Pettit G.D., Efficient visible electroluminescence at 300K from GaixAlxAs p-n junction grown by MBE // J. Appl. Phys. -1967,-v. 11,-p.81.

71. Алферов Ж.И., Андреев B.M., Корольков В.И., Портной Е.Л., Третьяков Д.Н. Инжекционные лазеры на основе гетеропереходов в сиистеме Al-As-GaAs с низким порогом генетрации при комнатной температуре. // ФТП, -1970., -т4, -стр.167.

72. Алферов Ж.И. Андреев В.М., Корольков В.И., Портной Е.Л., Третьяков Д.Н., Когерентное излучение в эпитаксиальных структурах с гетеропереходами в системе AlAs-GaAs.// ФТП -1968.-Т.2, в. 10, стр.1545.

73. Алферов Ж.И., Андреев В.М., Портной Е.Л., Трукан М.К. // ФТП, -1969., -тЗ.,-стр.1328.79