Basic electrophysical parameters of GaxIn1-xAs solid solution microwhiskers

Authors

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.21046

Keywords:

microwhiskers, GaxIn1-xAs, electrophysical parameters, band gap value, radiation resistance

Abstract

The paper deals with the studying basic electrophysical parameters of GaхIn1-хAs solid solution microwhiskers, grown by the method of chemical transport reactions using the vapor-liquidcrystal mechanism, and their stability under the influence of ionizing (neutron) radiation. Such studies are interesting in terms of the efficiency of the method of growing these materials, model calculations of their parameters and identifying possible application fields. The results of studying the electrophysical parameters (the Hall coefficient, resistivity, mobility) of the grown GaxIn1-xAs microwhiskers in the composition range of 0.3≤x≤0.8 are given. The band gap value of the microwhiskers was calculated by the changes behavior of the electrophysical parameters in the zone of intrinsic and mixed conduction. The analysis of the radiation resistance of the grown microwhiskers was carried out on the basis of the local electroneutrality level calculation for GaxIn1 xAs solid solution with different composition and changes in the concentration of the intrinsic material charge carriers, determined before and after the neutron radiation at fluences of Fn = 1・1015 sm-2 та Fn = 7・1015 sm-2. It was found that in GaxIn1-xAs solid solution the sublattices of binary compounds retain their properties and under the influence of ionizing radiation can compensate the material changes by forming radiation defects (dopants) of different types (acceptor and donor), which allow developing radiation-resistant devices on their basis. So, GaхIn1-хAs solid solutions with the component composition of x ≤ 0.6 are interesting in terms of using for sensors, operating in radiation conditions that was experimentally confirmed.

Author Biographies

Інеса Антонівна Большакова, National University "Lviv Polytechnic" Str. Kotlyarevskogo 1, Lviv, Ukraine 79013

Professor, Head of Laboratory

Laboratory magnetic sensors

Department of Semiconductor Electronics

Ярослав Ярославович Кость, National University "Lviv Polytechnic" Str. Kotlyarevskogo 1, Lviv, Ukraine 79013

Researcher

Laboratory magnetic sensors

Олена Юріївна Макідо, National University "Lviv Polytechnic" Str. Kotlyarevskogo 1, Lviv, Ukraine 79013

Senior Research Fellow

Laboratory magnetic sensors

Роман Михайлович Стецко, National University "Lviv Polytechnic" Str. Kotlyarevskogo 1, Lviv, Ukraine 79013

Junior Research Fellow

Laboratory magnetic sensors National University "Lviv Polytechnic"

Федір Михайлович Шуригін, National University "Lviv Polytechnic" Str. Kotlyarevskogo 1, Lviv, Ukraine 79013

Leading expert

Laboratory magnetic sensors

References

  1. Kawashima, Toshiyuki Thermal- and Spectral-Characteristics of High-Power Quasi-Continuous Wave 940-nm InGaAs Diode Laser Arrays [Text] / Toshiyuki Kawashima, Tomokazu Ichii, Takeshi Kanzaki, Masanobu Yamanaka, Yasukazu Izawa, Sadao Nakai, Hirofumi Kan // Optical Review. – 2000. – Vol. 7, Is. 6. – P 520-524.
  2. Liu, G. T. The Influence of Quantum-Well Composition on the Performance of Quantum Dot Lasers Using InAs/InGaAs Dots-ina Well (DWELL) Structures [Text] / G. T. Liu, A. Stintz, H. Li, T. C. Newell, A. L. Gray, P. M. Varangis, K. J. Malloy, L. F. Lester // IEEE J. OF QUANTUM ELECTRONICS. – 2000. – Vol. 36, № 11. – P 1272-1279.
  3. Dowd, P. Long wavelength (1.3 and 1.5 μm) photoluminescence from InGaAs/GaPAsSb quantum wells grown on GaAs [Text] / P. Dowd, W. Braun, David J. Smith, C.M. Ryu, C.-Z. Guo, S. L. Chen, U. Koelle, S. R. Johnson, Y.-H. Zhang // Appl. Phys. Lett. – 1999. – Vol. 75, Is. 9. – P 1267-1269.
  4. Брудный, В. Локальная электронейтральность и закрепление химическогопотенциала в твердых растворах соединений III–V: границы раздела, радиационные эффекты [Текст] / В. Н. Брудный, С. Н. Гриняев // Физика и техника полупроводников. – 1998. – Т. 32, № 3. – С. 315-318.
  5. Дубровский, В. Полупроводниковые нитевидные нанокристаллы: синтез, свойства, применения. Обзор [Текст] / В. Г. Дубровский, Г. Э. Цырлин, В. М. Устинов // Физика и техника полупроводников. – 2009. –Т. 43, Вып. 12. – С. 1585-1628.
  6. Большакова, І. Властивості віскерів твердого розчину GaxIn1-xAs, вирощених методом хімічних транспортних реакцій з газової фази [Текст] / І. А. Большакова, Я. Я. Кость, О. Ю. Макідо, Р. М. Стецко, Ф. М. Шуригін // Вісник НУ „Львівська Політехніка”. Електроніка. – 2013. – № 764. – С. 112-118.
  7. Большакова, І. Дослідження температурної залежності параметрів легованих мікрокристалів антимоніду індію в інтервалі температур 77.525 К [Текст] / І. А. Большакова, Д. М. Заячук, Т. А. Московець, О. Ю. Макідо, Ф. М. Шуригін // Вісник НУ «Львівська політехніка». Електроніка. – 2003. – № 482. – С. 86-91.
  8. Bolshakova, I. Mathematical simulation, synthesis, characterization and application of indium arsenide whiskers [Text] / I. Bolshakova, Y. Kost, E. Makido, F. Shurygin // Journal of Crystal Growth. – 2008. – Vol. 310, Is. 7-9. – P. 2254-2259.
  9. Маделунг, О. Физика полупроводниковых соединений элементов III и V групп [Текст]: Перевод с английского / О. Маделунг. – М. : Мир 1967. – 480 с.
  10. Новые полупроводниковые материалы. Наноструктуры. Биологические системы. Характеристики и свойства [Електронний ресурс]. – NSM Archive. Physical properties of Gallium Indium Arsenide (GaInAs). База даних ФТИ им. Иоффе РАН. – Режим доступу http://www.matprop.ru/GaInAs.
  11. Adachi, S. Properties of Semiconductor Alloys: Group-IV, III-V and II-VI Semiconductors [Text] / S. Adachi // John Wiley & Sons, 2009. – 400 p.
  12. Брудный, В. Модель самокомпенсации и стабилизации уровня Ферми в облученных полупроводниках [Текст] / В. Н. Брудный, Н. Г. Колин, Л. С. Смирнов // Физика и техника полупроводников. – 2007. – Т. 41, № 9. – С. 1031-1040.
  13. Большакова, И. Влияние нейтронного облучения на свойства нитевидных микрокристаллов n-InSb [Текст] / И. А. Большакова, В. М. Бойко, В. Н. Брудный, И. В. Каменская, Н. Г. Колин, Е. Ю. Макидо, Т. А. Московец, Д. И. Меркурисов // Физика и техника полупроводников. – 2005. – Т. 39, № 7. – С. 814-819.
  14. Kolin, N. Neutron-Transmutation Doping and Radiation Modification of Semiconductors: Current Status and Outlook [Text] / N. Kolin // Russian Physics Journal. – 2003. – Vol. 45, № 6. – P. 543-551.
  15. Брудный, В.Н. Электрофизические и оптические свойства InP, облученного большими интегральными потоками нейтронов [Текст] / В. Н. Брудный, Н. Г. Колин, Д. И. Меркурисов, В. А. Новиков // Физика и техника полупроводников. – 2005. – Т. 39, № 5. - С. 528-534.
  16. Kawashima, Toshiyuki, Ichii, Tomokazu, Kanzaki, Takeshi, Yamanaka, Masanobu, Izawa, Yasukazu, Nakai, Sadao, Kan, Hirofumi (2000). Thermal- and Spectral-Characteristics of High-Power Quasi-Continuous Wave 940-nm InGaAs Diode Laser Arrays. Optical Review, Vol. 7, Is. 6, 520-524.
  17. Liu, G. T., Stintz, A., Li, H., Newell, T. C., Gray, A. L., Varangis, P. M., Malloy, K. J., Lester, L. F. (2000). The Influence of Quantum-Well Composition on the Performance of Quantum Dot Lasers Using InAs/InGaAs Dots-in-a-Well (DWELL) Structures. IEEE J. OF QUANTUM ELECTRONICS, Vol. 36, № 11, 1272-1279.
  18. Dowd, P., Braun, W., Smith, David J., Ryu, C. M., Guoet, C.-Z. (1999). Long wavelength (1.3 and 1.5 μm) photoluminescence from InGaAs/GaPAsSb quantum wells grown on GaAs. Appl. Phys. Lett.75, Is. 9; 1267-1269.
  19. Brudnyi, V. N., Hryniaev, S. N. (1998). Lokalnaia elektroneitralnost i zakreplenye khymycheskoho potentsyala v tverdikh rastvorakh soedynenyi III–V: hranytsi razdela, radyatsyonnie effekti. Fizika I tekhnika poluprovodnikov. Vol. 32, № 3, 315-318.
  20. Dubrovskiy, V. G., Tsyirlin, G. E., Ustinov, V. M. (2009). Poluprovodnikovyie nitevidnyie nanokristallyi: sintez, svoystva, primeneniya. Obzor. Fizika i tehnika poluprovodnikov, Vol. 43, Is. 12, 1585-1628.
  21. Bolshakova, I. A., Kost, Ya. Ya., Makido, O. Yu., Stetsko, R. M., Shuryhin, F. M. (2013). Vlastyvosti viskeriv tverdoho rozchynu GaxIn1-xAs, vyroshchenykh metodom khimichnykh transportnykh reaktsii z hazovoi fazy. Visnyk NU „Lvivska Politekhnika”. Elektronika, 764, 112-118.
  22. Bolshakova, I. A., Zaiachuk, D. M., Moskovets, T. A., Makido, O. Yu., Koptsev, P. S., Shuryhin, F. M. (2003). Doslidzhennia temperaturnoi zalezhnosti parametriv lehovanykh mikrokrystaliv antymonidu indiiu v intervali temperatur 77.525 K. Visnyk NU ≪Lvivska politekhnika≫. Elektronika, 482, 86-91.
  23. Bolshakova, I. A., Kost, Ya. Ya., Makido, O. Yu., Shuryhin, F. M. (2008). Mathematical simulation, synthesis, characterization and application of indium arsenide whiskers. Journal of Crystal Growth, Vol. 310, Is. 7-9, 2254-2259.
  24. Madelung, O. (1967). Fizika poluprovodnikovyih soedineniy elementov III i V grupp. Perevod s angliyskogo. Moskva, Mir, 480.
  25. Novyie poluprovodnikovyie materialyi. Nanostrukturyi. Biologicheskie sistemyi. Harakteristiki i svoystva. NSM Archive - Physical properties of Gallium Indium Arsenide (GaInAs). Baza danih FTI im. Ioffe RAN. http://www.matprop.ru/GaInAs.
  26. Adachi, S. (2009). Properties of Semiconductor Alloys: Group-IV, III-V and II-VI Semiconductors. John Wiley & Sons, 400. 12. Brudnyiy, V. N., Kolin, N. G., Smirnov, L. S. (2007). Model samokompensatsii i stabilizatsii urovnya Fermi v obluchennyih poluprovodnikah. Fizika i tehnika poluprovodnikov, Vol. 41, № 9, 1031-1040.
  27. Bolshakova, I. A., Boyko, V. M., Brudnyiy, V. N., Kamenskaya, I. V., Kolin, N. G., Makido, E. Yu., Moskovets, T. A., Merkurisov, D. I. (2005). Vliyanie neytronnogo oblucheniya na svoystva nitevidnyih mikrokristallov n-InSb. Fizika i tehnika poluprovodnikov, Vol. 39, Is. 7, 814-819.
  28. Kolin, N. (2003). Neutron-Transmutation Doping and Radiation Modification of Semiconductors: Current Status and Outlook. Russian Physics Journal, Vol. 45, № 6, 543-551.
  29. Brudnyiy, V. N., Kolin, N. G., Merkurisov, D. I., Novikov, V. A. (2005). Elektrofizicheskie i opticheskie svoystva InP, obluchennogo bolshimi integralnyimi potokami neytronov. Fizika i tehnika poluprovodnikov, Vol. 39, № 5, 528-534.

Published

2014-02-07

How to Cite

Большакова, І. А., Кость, Я. Я., Макідо, О. Ю., Стецко, Р. М., & Шуригін, Ф. М. (2014). Basic electrophysical parameters of GaxIn1-xAs solid solution microwhiskers. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(5(67), 27–33. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.21046

Issue

Section

Applied physics