УДК621.382.592:548.55
БЛАГИН А.В., КАТАЕВ В.Ф., ЕРМОЛАЕВА Н.В.
ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ ПРИ
КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ AlGaInSbBi В
ПОЛЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ГРАДИЕНТА
ВИ(ф) ЮРГТУ(НПИ), 347370, г. Волгодонск, Ростовская обл., ул. Ленина,73/94,
тел.: (86392) 25438
Исследованы
условия
формирования
качественных
гетероструктур
AlGaInSbBi на подложках InSb в поле температурного градиента. В настоящее
время практически полностью отсутствуют данные о гетерогенных равновесиях в
системе Al-Ga-In-Sb-Bi, необходимые для разработки режимов получения твердых
растворов методом зонной перекристаллизации градиентом температуры. В
настоящей работе проведено термодинамическое моделирование фазовых
превращений при эпитаксиальном росте твердых растворов AlGaInSbBi/InSb с
учетом тепловой конвекции и массопереноса. Выполнены экспериментальные и
расчетные исследования участков диаграммы состояния рассматриваемой системы.
Расчет жидкой фазы проводился по модели частично ассоциированных
растворов [1], что позволило учесть склонность многокомпонентных расплавов,
содержащих в своем составе Sb, Ga и In к квазикристаллическому упорядочению
[2]. Для моделирования многокомпонентного твердого раствора использовалась
парная апроксимация квазихимического приближения регулярных растворов
(модель Онабэ) [3]. Данные для расчетов были взяты из [3, 4]. Недостающие параметры
взаимодействия в твердой (S) и жидкой (L) фазах рассчитывали по модели регулярных
растворов (L) и ДПР-модели (S) соответственно [4], при этом учитывались периодические
свойства гомологических рядов, в которые входят компоненты системы.
Экспериментальное определение температуры ликвидуса (ТЛИКВ) в гетеросистеме
AlхGaуIn1-х-уSb1-zBiz проводили с помощью визуального термического анализа На
основе полученных экспериментальных данных были уточнены параметры

межатомного взаимодействия в жидкой и твердой фазах (Lij, Sij) путем
минимизации функционала вида [2]
n
F = [ ЭКСП
(Т
-
2 ,
(1)
i
Тi ) / i ]
i=1
где T ЭКСП
i
и Ti
- экспериментальные и расчетные значения температур
ликвидуса сплавов выбранных составов, i- дисперсия экспериментального
результата или средняя квадратичная ошибка отдельного измерения.
Максимальное различие между T ЭКСП
i
и Ti не превышало 6К, а среднее
отклонение составляло 4 К.
а)
б)
Рис. 1.
Расчетные (кривые) и экспериментальные (точки) зависимости коэффициентов
распределения компонентов от температуры в системе Al Ga In
Sb
Bi InSb
x
y
1- x- y
-
1 z
z
(сплошные кривые соответствуют z=0,01, пунктирные - z=0,02;
- экспериментальные данные для Ga и Sb, · - для In, Al, Bi)
На рис.1 приведены расчетные и экспериментальные зависимости
коэффициентов распределения рассматриваемой системы от температуры.
Исследования показали, что с увеличением концентрации висмута в твердом
растворе коэффициент распределения сурьмы убывает, однако с ростом
температуры влияние висмута ослабевает. При температуре Т= 693 К
коэффициенты распределения сурьмы ( k ) составили 1,08 и 0,92 при z = 0,01 и z
Sb
= 0,02 соответственно. При температуре Т=720К значения k составили 1,1 (z =
Sb
0,01) и 0,97 (z = 0,02) Коэффициент распределения висмута с ростом температуры
уменьшается.
Подобный
эффект
можно
объяснить
образованием
в
низкотемпературных расплавах ассоциатов типа In2Bi, повышающих растворимость
висмута в InSb [4]. Коэффициент распределения индия в интервале температур

675<Т< 725 К близок к единице и убывает с ростом температуры. Для алюминия и
галлия также наблюдается уменьшение растворимости с ростом температуры и
увеличением содержания висмута. Значение коэффициента распределения
алюминия лежит в пределах 5,5<k <9,5, галлия 2,3< k <4 при z=0,01 и температурах
Al
Ga
675<Т<725 К.
С учетом полученных данных были выращены эпитаксиальные слои AlxGayIn1-x-ySb1-
zBiz (0,05≤x ≤0,15; y≤0,1; z<0,025) на подложках InSb (111)A при температурах
эпитаксии 693К, 713К и 775К. Величина температурного градиента в рабочей зоне
поддерживалась в пределах 35<grad T<40 К/см.
Состав
эпитаксиальных
слоев
определяли
методом
локального
рентгеноспектрального анализа на стандартном микроанализаторе Camebax по
аналитическим линиям AlK, GaK., SbL, Bi с использованием в качестве
эталонов InSb, GaSb, Al, и Bi. Расчетные значения коэффициентов распределения
индия, висмута и галлия удовлетворительно согласуются с экспериментальными
данными. Отличие теоретических и экспериментальных данных для сурьмы можно
объяснить испарением.
Данные проведенных исследований можно использовать при разработке
управляемой технологии процесса выращивания твердых растворов AlхGaуIn1-х-уSb1-
zBiz в поле температурного градиента для высокоэффективных оптоэлектронных
приборов.
1. Литвак А.М., Чарыков НМ т. 27, 2. - С. 225 (1991)
2. Акчурин Р.Х., Жегалин В.А., Сахарова Т.В. Изв. вуз. Сер. Цв. Металлургия 7,
123 (1995).
3. Лозовский В.Н., Лунин Л.С. Пятикомпонентные твердые растворы соединений
А3В5 (Новые материалы оптоэлектроники). Ростов н/Д: Издательство
Ростовского университета, 1992. - 193 с., ил.
4. Уфимцев В.Б., Акчурин Р.Х. Физико-химические основы жидкофазной
эпитаксии. М.: Металлургия. - 1983. - 224 с.