Praskiestųjų galio bismidų auginimas MPE būdu ir charakterizavimas

21 amžius yra laikomas informacijos amžiumi ir tolygi jos sklaida bei prieinamumas pagrįsta telekomunikacinių technologijų tobulėjimu. Labai sparčią informacinių technologijų plėtrą lėmė šviesolaidinio interneto atsiradimas bei lazerinių diodų sukūrimas. Tačiau pasaulis susiduria ne tik su informaciniais iššūkiais, bet ir su ekologiniais. Dabartinė šviesolaidinė technologija eikvoja labai daug energijos ir tai yra rimta problema, kuria reikia spręsti.
Dabartiniai šviesolaidiniame ryšyje naudojami lazeriniai 1,55 µm diodai turi InGaAsP aktyviąją terpę, kurios fotoliuminescencijos (FL) smailės padėtis smarkiai priklauso nuo temperatūros. Ši priklausomybė stipriai pasireiškia jau kambario temperatūroje ir norint stabilizuoti lazerinio diodo veiką, tenka naudoti Peltje šaldymo/šildymo elementą. Šie elementai pasižymi mažu naudingumo koeficientu, todėl sunaudoja labai daug energijos. Vien dėl šaldymo interneto naršymas pasauliui metams papildomai kainuoja apie 70 mlrd. dolerių. Todėl būtina ieškoti naujų medžiagų, kurios galėtų pakeisti naudojamą InGaAsP ir FL silpnai priklausytų nuo temperatūrinių pokyčių.
Oe grupė pademonstravo, kad įterpus bismutą III-V puslaidininkiniuose junginiuose būtų galima sukurti lazerinę terpę, kurios draustinės energijos tarpas (Eg) mažai priklauso nuo aplinkos temperatūros [1]. Bismuto įterpimas į GaAs junginį gali sumažinti pastarojo Eg iki 0,8 eV, kas atitinka FL smailės padėtį ties 1,55 µm – tinkamą šviesolaidiniame ryšyje. Bismuto įterpimas smarkiai sumažina Eg temperatūrinę priklausomybę iki 0,1 meV/K, tai yra penkis kartus mažiau nei GaAs [3]. Bismutas yra patraukli medžiaga nes yra netoksiškas ir pigus. Ištobulinus bismidų technologiją, 1,55 µm lazeriniai diodai galėtų kainuoti dar pigiau nei jų InGaAsP atitikmuo, dėl paprastesnio auginimo bei mažesnio elektroninių komponentų kiekio. Be viso to, GaAsBi dariniai gali būti panaudojami saulės energetikoje. Valdant draustinės energijos tarpo dydį, galima efektyviai išplėsti saulės celės sugerties spektrą taip padidinant jų efektyvumą [14]. GaAsBi technologija turi savo taikymo galimybes spintronikoje, kuriant naujo tipo ypač sparčius elektronikos komponentus [18,19,20].
Tačiau yra daug technologinių problemų, kurias reikia išspręsti. Bismuto atomai yra patys didžiausi V grupės stabilūs atomai ir jų įterpimas yra GaAs gardelę yra labai probleminis. Bismutas linkęs pasišalinti iš gardelės ir kauptis kristalo paviršiuje lašelių pavidalu. Yra pasirodę pranešimų apie bismidus su 22% bismuto, tačiau atsiranda kita problema [9]. Užauginti GaAsBi dariniai turi labai daug defektų, kurie trumpina sužadintų krūvininkų gyvavimo trukmę. Tai yra ypač svarbus parametras, nes norint pasiekti užpildos apgrąžos sąlygą, būtina, kad didesnioji krūvininkų populiacijos dalis būtų sužadinta, o tam pasiekti reikia, kad sužadintų krūvininkų gyvavimo trukmė būtų kiek galima ilgesnė.
Šio darbo tikslas buvo susipažinti su molekulinės epitaksijos pluoštelio technologiją, ją įsisavinti, užauginti aukštos kokybės praskiestųjų galio bismidų sluoksnius ir juos charakterizuoti. Šiam tikslui įgyvendinti buvo iškelti šie uždaviniai:
• Išmokti dirbti su molekulinio pluoštelio epitaksijos įrenginiu ir užauginti 1,5 µm storio GaAsBi sluoksnius.
• Išmatuoti užaugintų GaAsBi sluoksnių Eg bei sužadintų krūvininkų gyvavimo trukmes.
• Ištirti GaAsBi sluoksnių parametrų priklausomybes nuo auginimo sąlygų.