Моделирование роста нанопроволок AIIIB V методом импульсной эпитаксии

Полупроводниковые нанопроволоки (НП) из материалов АIIIBV могут использоваться в качествебазовых элементов различных оптоэлектронных устройств: лазеров, светодиодов, солнечныхэлементов. Ключевой технологией создания НП на основе AIIIBVявляется самокаталитический ростпо механизму пар-жидкость-кристалл. В качестве капли-затравки для такого роста используется одиниз составляющих растущего кристалла (металл III группы), а скорость роста лимитируется потокомчастиц V группы. Длина нанопроволоки в условиях такого роста ограничивается длиной диффузииэлемента III группы по боковой поверхности НП. Для продления самокаталитического роста иполучения нанопроволок с большим отношением длина/диаметр была предложена методикаимпульсной эпитаксии [1], состоящая в попеременном включении и выключении потоков элементовIII и V групп. Такой подход позволяет увеличить длину диффузии элементов III группы по боковымстенкам НП.В настоящей работе представлены результаты Монте-Карло моделирования импульсногосамокаталитического роста НП AIIIBVна основе предложенной ранее модели каталитического исамокаталитического роста GaAs НП [2]. Было проведено сравнение аксиальной и радиальнойскоростей роста НП, полученных в разных режимах импульсного роста. Было рассмотрено дваварианта импульсного роста: 1) поток мышьяка прерывается при постоянном потоке элементагруппы III; 2) поток мышьяка постоянен, поток элемента группы III модулируется. Скоростьаксиального роста была на порядок выше радиального для обоих режимов импульсного роста.Скорость радиального роста НП в режиме модуляции потока мышьяка ниже, поэтому этот режимпредставляется оптимальным из двух рассмотренных импульсных режимов.Проведено исследование влияния длительности импульсов потока мышьяка и пауз между ними наморфологию нанопроволок на примере роста НП GaAs. Показано, что слишком длительноепрерывание потока мышьяка не только не улучшает характер роста, но и приводит к егопрекращению. При наличии обоих потоков (Ga и As2), на границе раздела жидкость-кристалл идутдва разнонаправленных процесса – кристаллизация арсенида галлия и его обратное растворение вкаплю, причем интенсивности потоков подобраны так, чтобы кристаллизация преобладала надрастворением. При выключении потока мышьяка, после протекания переходных процессов,кристаллизация отсутствует, поэтому уже выросшая нанопроволока постепенно растворяется в каплеи сквозь жидкую фазу испаряется. Это приводит к «обратному» росту НП – ее длина неувеличивается, а уменьшается. Этот эффект был ранее предсказан теоретически в работе [3]. Такимобразом, если пауза в потоке мышьяка слишком велика, то НП не только не удлиняется, но и можетисчезнуть совсем. Было продемонстрировано, что слишком большая длительность импульсамышьяка тоже отрицательно сказывается на характере роста – это приводит к преждевременнойкристаллизации капли-затравки и остановке роста. Таким образом с помощью моделирования былпроведен поиск оптимальных временных интервалов включения/выключения источников материаловдля роста длинных и однородных по диаметру нанопроволок GaAs.