МЕЖФАЗНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В СИСТЕМЕ Ga-As-ZnO В УСЛОВИЯХ МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВОЙ ЭПИТАКСИИ
Аннотация
В работе представлены результаты исследования процессов фазообразования в системе Ga-As-ZnO с учетом особенностей процессов молекулярно-лучевой эпитаксии GaAs с целью исследования возможности использования тонких пленок ZnO для инициации самокаталитического роста нитевидных нанокристаллов GaAs. Представлены результаты расчетов двойных и тройных фазовых диаграмм состояний, возможных в рассматриваемой системе в заданных диапазонах температур и давлений. Проведен анализ возможных промежуточных и конечных продуктов реакций взаимодействия между компонентами в рассматриваемой системе. Определены и составлены уравнения основных и промежуточных химических реакций, протекающих в системе. Рассчитаны температурные зависимости изменений свободной энергии Гиббса ΔG(T) для основных и промежуточных реакций между основными компонентами рассматриваемой системы: кристаллическим GaAs (подложка), атомарными (молекулярными) потоками Ga и As из парогазовой фазы и аморфными (поликристаллическими) пленками ZnO на поверхности подложек. Показано, что пленки ZnO ведут себя подобно собственному окислу GaAs, однако имеют большую температурную стабильность. Также было показано, что ZnO в условиях эпитаксии GaAs может вступать в реакции не только кристаллическим GaAs подложки, но и ростовыми компонентами, в т.ч. с образованием летучих соединений. Установлены режимы доминирования реакций такого типа.
Литература
2. Hayden O., Agarwal R., Lu W. Semiconductor nanowire devices // Nano Today. 2008. – V.3. – p.12–22.
3. D. Liang, Y. Kang, Y. Huo, Y. Chen, Y. Cui, J.S. Harris. High-Efficiency Nanostructured Window GaAs Solar Cells // Nano Letters. 2013. – V.13. – p.4850-4856.
4. A. M. Mozharov, D. A. Kudryashov, A. D. Bolshakov, G. E. Cirlin, A. S. Gudovskikh, I. S. Mukhin. Numerical simulation of the properties of solar cells based on GaPNAs/Si heterostructures and GaN nanowires // Semicondors. 2016. – V.50. – p.1521–1525.
5. C. Shyemaa Shehata, C. Fradin, R. LaPierre, C. Couteau, G. Weihs. Self-Directed Growth of AlGaAs Core-Shell Nanowires for Visible Light Applications // Nano Letters. 2007. – V.7, №9. – p. 2584-2589.
6. A. S. Togonal, et al. Core–Shell Heterojunction Solar Cells Based on Disordered Silicon Nanowire Arrays // Journal of Physical Chemistry C. 2016. – V.120. – p.2962-2972.
7. Chen R., Tran T. D., Ng K. W., Ko W. S., Chuang L. C., Sedgwick F. G. Chang-Hasnain C. Nanolasers grown on silicon // Nature Photonics. 2011. – V.5. – p.170–175.
8. Huang B., Yang Y., Lin T., Yang W. A simple and low-cost technique for silicon nanowire arrays based solar cells // Solar Energy Materials & Solar Cells. 2012. – V.98. – p.357–362.
9. S. Zhao, et al. III-Nitride nanowire optoelectronics // Progress in Quantum Electronics. 2015. – V.44. – p.14-68.
10. M. Karimi, et al. Room-temperature InP/InAsP Quantum Discs-in-Nanowire Infrared Photodetectors // Nano Letters. 2017. – V.17. – p.3356-3362.
11. J. Svensson, et al. Diameter-Dependent Photocurrent in InAsSb Nanowire Infrared Photodetectors // Nano Letters. 2013. – V.13. – p.1380-1385.
12. D. Ren, et al. Influence of pitch on the morphology and luminescence properties of self-catalyzed GaAsSb nanowire arrays // Applied Physics Letters. 2016. – V.109. – p.243102.
13. 13. Johansson J., Wacaser B., Thelander K. D., Seifert W. Growth related aspects of epitaxial nanowires // Nanotechnology. 2006. – V.17. – p.355–361.
14. 14. V. G. Dubrovskii, N. V. Sibirev. Effect of nucleation on the crystalline structure of nanowhiskers // Technical Physics Letters. 2009. – V.35.p.380–383.
15. A. I. Hochbaum, et al. Semiconductor Nanowires for Energy Conversion // Chemical Reviews. 2010. – V.110. – p.527–546.
16. H. Wang, et al. A top-down approach to fabrication of high quality vertical heterostructure nanowire arrays // Nano Lett. 2011. – V.11. – p.1646-1650.
17. C. Colombo. Ga-assisted catalyst-free growth mechanism of GaAs nanowires by molecular beam epitaxy // Physical Review B. 2008. – V.77. – p.1-5.
18. S. Yua, G. Miaoa, Y. Jina, L. Zhanga, H. Songa, H. Jianga, Z. Lia, D. Lia, X. Sun. Growth and optical properties of catalyst-free InP nanowires on Si (100) substrates // Physica E. 2010. – V.42. – p.1510-1543.
19. C. García Núñezn, A. F. Braña, N. López, B. J. García GaAs nanowires grown by Ga-assisted chemical beam epitaxy: Substrate preparation and growth kinetics // J. of Crystal Growth. 2015. – V.430. – p.108–115.
20. Безрядин Н.Н., и др. Влияние финишной подготовки поверхности арсенида галлия на спектр электронных состояний n-GaAs(100) // ФТП. 2012. – №6. – c. 756-760.
21. Солодовник М.С. Фазообразование в системе Ga-As-O в условиях молекулярно-лучевой эпитаксии // Известия ЮФУ. Технические науки. 2017. – №4. – с.201 – 211.
22. Агеев О.А., Балакирев С.В., Солодовник М.С., Еременко М.М. Влияние взаимодействия в системе Ga-As-O на морфологию поверхности GaAs при молекулярно-лучевой эпитаксии // Физика твердого тела. 2016. – Т.58, №5. – с.1011-1018.