Твердые растворы на основе аiii вv

Твердый раствор позволяет существенно расширить по сравнению с элементарными полупроводниками набор электрофизических параметров, определяющих возможности применение материалов. Среди соединений А^III В^V распространены ТРЗ. Состав таких ТРЗ: А_хВ_1-хС (А, В – металлы III группы); АС_уД_1-У (С, Д – металлоиды V группы); х, у – мольная доля (может изменяться от 0 до 1, в зависимости от степени замещения).

С изменением «х», как правило, наблюдается линейное изменение периода решетки. Эта закономерность известна как правило Вегарда. Она позволяет рентгеновским методом определить состав ТРЗ.

ТРЗ на основе А^III В^V легко легируются. Особый интерес к ТРЗ в связи с возможностью плавного изменения ∆Е. Так для ТРЗ Ga_xI_1-xAs и InP_yAs_1-y ∆E практически линейно изменяется от 0,37 до 1,4 эВ.

Изменение ∆Е у ТРЗ сопровождается соответственно смещением спектров фоточувствительности, люминесценции, поглощения.

ТРЗ GaAs_1-yP_y, Al_xGa_1-xAs (x, y = 0,3 - 0,4) – эффективны как источники красного излучения (светодиоды, лазеры).

ТРЗ Ga_xIn_1-xP (х = 0,5 - 0,7) эффективно люминесцируют в желто-зеленой области.

Монокристаллический слой ТРЗ получают эпитаксией из газовой фазы (GaAs_1-yP_y), или из жидкой фазы (Al_xGa_1-xAs, Al_xGa_1-xSb, Ga_xI_1-xAs, Ga_xIn_1-xP).

Подложки: GaAs, GaP, GaSb. Растворитель:In или Ga в жидком состоянии.

ТРЗ открывают возможности создания гетеропереходов (ГП). Под гетеропереходом понимают контакт двух проводников с различной ∆Е. Решающий критерий выбора материалов гетероперехода – соответствие периодов решеток и температурных коэффициентов линейного расширения. Наилучшие пары для гетеропереходов - GaAs – Al_xGa_1-xAs и GaSb – Al_xGa_1-xSb.

Гетеропереходы позволяют плавно изменять свойства материалов на границе контакта. Это материалы для инжекционных лазеров. Гетероструктура может быть двойной:

Такая структура обеспечивает непрерывную генерацию когерентного излучения при комнатной температуре, при высоком квантовом выходе и низком пороговом токе.

Дополнительные степени свободы для изменения параметров полупроводниковых материалов при создании идеальных ГП дают четырехкомпонентные ТРЗ А_хВ_1-хС_уВ_1-у. Наиболее изучен Ga_xIn_1-xAs_1-yP_y (исходные компоненты GaP, InP, GaAs, InAs). ∆Е изменяется от 0,75 до 1,35 эВ.

Инжекционные лазеры на основе InP – Ga_xIn_1-xAs_1-yP_y перспективны для волоконно – оптических линий связи, так как спектральный диапазон излучения соответствует минимальным оптическим потерям в кварцевом волокне.

Полупроводниковые соединения aiibvi и трз на их основе

К ним относят сульфиды, селениды, теллуриды Cd, Zn, Hg. Кристаллизация в структурах кубического сфалерита или гексагонального вюрцита. По сравнению с А^III В^V сильнее ионность связей.

∆Е ∆Е ∆Е

ZnS -3.7 ZnSe 2.73 ZnTe 2.23

CdS -2.5 CdSe 1.85 CdTe 1.51

HgS 1.78 HgSe 0.12 HgTe 0.08 - полуметалл

Поведение примесей подчиняется тем же закономерностям.

Особенность: электропроводность, как правило, одного типа независимо от легирования:

ZnS, ZnSe, CdS, CdSe, HgS, HgSe – “n” – тип,

ZnTe – “p” – тип,

CdTe и HgTe могут быть и “p” - типом, и “n” - типом.

Проводимость соединений A^IIB^VI может быть на несколько порядков изменена путем термообработки в парах собственных компонентов: обработка CdS в парах S снижает проводимость на 10 порядков.

Технология получения A^IIB^VI разработана хуже А^IIIВ^V . Это трудные объекты для получения, так как имеют высокие температуры плавления. Синтез часто проводят электрохимическим методом:

Раствор соли Ме + H₂S – порошки

Раствор соли Ме + ТМ + лиганды + ОН^- - пленки

Наиболее широко используются ZnS и CdS.

ZnS – промышленный люминофор (телеэкраны). По квантовому выходу превосходит все другие. Предпочтение отдают кубической сфалеритной модификации из-за повышенной яркости свечения. Активация медью дает зеленое или голубое свечение. С медью вводят соактиваторы – галогены (Сl). При этом образуется соединение Zn_1-2yCu_2yS_1-2xCl_2x .

Активация марганцем дает желтое свечение.

Недостатки люминофоров на основе ZnS – высокая скорость деградации приборов из-за высокой ионности связи, усиливающей процессы электролиза.

CdS – материал для высокочувствительных фоторезисторов (ФР) для видимой области спектра. Введение специальных примесей Cl, Cu значительно повышает чувствительность ФР.

П олучают в пленочном виде гидрохимическим методом. Медь дает примесную проводимость. В качестве ФР используют также пленки CdSe.

HgSe, HgTe используют для изготовления высокочувствительных датчиков Холла. A^IIB^VI – перспективны для полупроводниковых лазеров. Большое значение имеют ТРЗ Cd_xZn_1-xS; Cd_xZn_1-xSe; CdS_1-ySe_y в качестве материалов солнечной энергетики.

Особое значение имеет ТРЗ Cd_xHg_1-xTe (КРТ). Спектр фоточувствительности этого соединения перекрывает окно прозрачности атмосферы 8-14мкм, в котором излучают все объекты окружающей среды. Поэтому этот материал – основа современной инфракрасной техники, использующийся в военном деле, экологии, медицине и так далее. Получают как в виде МК, так и в пленочном виде эпитаксией из жидкой или газовой фазы. Недостаток – деградация материала за счет сегрегации ртути. Перспективно его получение в космосе в условиях невесомости.