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.