Определение процентного состава твердых растворов

Люминесцентные методы определения величины Е_g по положению максимума краевого излучения широко используют для определения зависимости ширины запрещенной зоны полупроводника от состава твердого раствора.

Твердые растворы – фазы переменного состава, в которых атомы различных элементов расположены в общей кристаллической решетке, т.е. растворены в ней. Статистическое распределение атомов в решетке может быть неупорядоченным либо частично или полностью упорядоченным, а их растворимость – неограниченной или в разной степени ограниченной.

Существуют твердые растворы замещения и твердые растворы внедрения. Первые образуются, если атомы, входящие в твердый раствор, имеют соизмеримые, отличающиеся не более чем на 15% размеры, а химические и физические свойства их близки; вторые – если размеры атомов несоизмеримы и возможно внедрение одного из них в междоузлия кристаллической решетки.

В полупроводниковых твердых растворах возможно направленное изменение параметров зонной структуры путем изменения состава твердого раствора. Для твердых растворов на основе соединений A^ΙΙΙB^V, например GaAs_1-xP_x, характерным является переход от прямой к непрямой структуре зон при увеличении содержания в твердом растворе более широкозонного соединения GaP. На рисунке 7 приведена зависимость ширины запрещенной зоны твердого раствора GaAs_1-xP_x от молярной доли GaP. Точка перехода характеризуется определенным составом твердого тела х_п. При этом составе энергетические положения прямого и непрямого минимумов зоны проводимости одинаковы. Для GaAs_1-xP_x точке перехода соответствует значение х_п =0,45.

Рисунок 7 – Зависимость ширины запрещенной зоны твердого раствора GaAs_1-xP_x от молярной доли GaP.

Из твердых растворов могут быть изготовлены светодиоды с большим квантовым выходом в видимой области спектра. Спектр излучения светодиодов из твердого раствора GaAs_1-xP_x можно непрерывно изменять в области 680-560 нм за счет изменения х от 0,3 до 1,0. Слои с х <0,5 обычно выращиваются на подложке GaAs, а слои с высоким содержанием фосфора (х >0,5), как правило, выращивают на подложках из GaP. При x≤0,45 полупроводник GaAs_1-xP_x имеет прямозонную структуру, а при x≥0,45 GaAs_1-xP_x – непрямозонный полупроводник. [4]