WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

дены положения, выносимые на защиту. Все расстояния приведены в ангстремах. Стрелка показывает направление роста. б)- Расстояние между маркерами AlAs(D) в В первой главе на основе рассмотрения литературных данных пред- зависимости от времени роста GaAs (t) для температур ставлены основные закономерности металлоорганической газофазной наращивания 500°C (1), 525°C (2), 550°C (3) и 600°C (4).

7 D, нм Толщина (hGaAs) слоя GaAs определялась как:

InxGa1-xAs/GaAs/InxGa1-xAs /GaAs (x 0,35). Промежуточный и покры hGaAs=D-hAlAs, (1) вающий слои GaAs имели толщину около 14 нм, а толщина двух одинагде D расстояние между маркерами AlAs, и hAlAs толщина маркеров. Все ковых слоев InxGa1-xAs варьировалась. С помощью АСМ анализировались расстояния измерялись в пяти различных местах. Шаг АСМ сканирования дефекты поверхности покрывающего слоя GaAs, связанные с слоями Inсоставлял 2,5 нм, ошибка измерения D не превышала 2нм, что сравнимо с GaAs, c температурой роста и c отклонением среза подложки от (100).

непланарностью окисленных маркеров AlAs. Было установлено, что расСтруктурные и оптические свойства слоев InGaAs контролировали метостояние между маркерами линейно зависело от времени роста GaAs, для дами рентгеновской дифрактометрии и фотолюминесценции. Сводные каждой температуры роста, что демонстрирует рис.1б). Толщина AlAs данные о структурах приведены в Таблице 1.

равна величине D при времени роста GaAs равном 0. Угол наклона линий Оценка шероховатости R производилась по формуле:

на рис.1б) давал скорость роста для каждой температуры. Погрешность R=|hi-hmid|/N, (2) определения скорости роста при такой методике не превышала 1 нм/мин.

где N - полное число точек на АСМ - изображении, hi - высота в i-й точке, Значение энергии активации определенной из зависимости скорости роста hmid - среднее по всем hi.

GaAs от обратной температуры составляло Еа=33кКал/моль, что соответТаблица 1. Данные о структурах и результаты измерений ствует энергии активации процесса разложения адсорбированных молекул Структура Tg, h(InGaAs), R, Пик PL, (100), ТМГ и арсина при высоких отношениях V/III в газовой фазе.

нм нм эВ °C град.

Подробно изложена методика предэпитаксиального термического отLT1A 500 0,2 9 0,15 1,жига подложек GaAs в атмосфере AsH3 + H2 и AsH3 + SiH4+H2 для удалеLT1B 500 2 9 0,25 1,ния окисного слоя с их поверхности. Отжиг позволяет получать атомарно HT3A 600 0,2 8,5 0,39 1,чистую поверхность, о чем свидетельствует резкий концентрационный HT3B 600 2 8,5 4,1 1,n – n+ переход на границе подложка – эпитаксиальный слой. Измеренная Примечания: (100) - отклонение среза подложки; h(InGaAs) - толщиC-V методом протяженность переходов сравнима с дебаевским радиусом на одного слоя In0.35Ga0.65As; R - шероховатость поверхности по данным экранирования, рассчитанным для слоя с меньшей величиной легироваАСМ; пик PL - положение пика фотолюминесценции.

ния.

Источником загрязнения слоев при температурах роста выше 600 °С Как следует из таблицы 1, шероховатость слоев увеличивалась с возмогут быть примеси из графитового подложкодержателя. Разработана мерастанием температуры эпитаксии и увеличением угла отклонения среза тодика очистки подложкодержателя путем высокотемпературного отжига подложки. Повышение критической толщины с понижением температуры непосредственно в реакторе. По резкому улучшению вакуума при медлен- факт хорошо известный и легко объяснимый, поскольку процессы деном охлаждении после отжига можно оценить температуру, при которой фектообразования носят термоактивационный характер и имеют прекращается десорбция примеси и становится возможным получение определенную энергию активации. Практическое использование таких качественных эпитаксиальных слоев.

слоев, тем не менее, ограничено, из-за ухудшения электрических и Показана возможность получения гетероструктур AlGaAs – GaAs c оптических свойств гетероструктур. В этих условиях использование резкими и планарными интерфейсами. При этом размытие гетерограниц, слабоотклоненных срезов может предоставлять альтернативный путь измеренное с применением послойного Оже– анализа, не превышало 1 нм, увеличения толщины напряженного слоя InGaAs высокого качества.

что составляет предел разрешения по глубине данного метода. Также быВ главе 2 приводятся результаты изучения возможностей метода ли выращены квантовые ямы GaAs в матрице AlxGa1-xAs (x=0,20). ОбраМОГФЭ с точки зpения фоpмиpования pезких pаспpеделений пpимеси пpи ботка спектров люминесценции подтверждала наличие квантовых ям получении легиpованных кpемнием -слоев аpсенида галлия. Получение GaAs толщиной 1,6; 3,3; 5,8; 9 нм.

-легиpованных стpуктуp пpоводили с пpеpыванием pоста GaAs на вpемя Исследован эпитаксиальный рост упругонапряженных тонких слоев InGaAs на GaAs с целью получения качественных слоев InGaAs большого введения пpимеси. Показано, что таким способом могут выpащиваться слои с шириной пика легирования на полувысоте (FWHM) < 5 нм пpи состава. Температура роста была Tg=500°С (LT - структуры) или 600°С о темпеpатуpах pоста 550-700 C. Пpи этом максимальная концентpация (HT). Подложками служили пластины GaAs(100) с отклонением 0,2° либо свободных электpонов в -слое пpи заданной темпеpатуpе и фиксиpо2°. Структуры состояли из последовательности слоев GaAs/ 9 ванном потоке водоpода и pеагентов опpеделялась количеством молей В ходе экспериментов обнаpужено, что осаждение алюминия на эпиSiH4 - Q, поданных в pеактоp за вpемя фоpмиpования -слоя: таксиальный аpсенид галлия пpоисходит пpи темпеpатуpах более 120 ° С. На рис. 2 а) показано АСМ - изображение структуры с малым количест Q = f t, (3) вом осажденного алюминия на эпитаксиальный GaAs. Как видно из ригде f - поток силана (моль/мин), t - вpемя фоpмиpования -слоя (мин).

сунка, происходит послойно-ступенчатый рост алюминия. При большем Темпеpатуpа pоста значительно влияет на концентpацию электpонов в количестве осаждаемого Al, происходит формирование наноостровков. На слоях. Большие концентpации электpонов в слое пpи высокой темпеpатуpе рис. 2 б) приведено АСМ-изображение такой структуры. При малом колиэпитаксии существуют в достаточно узком диапазоне значений Q, что сочестве осаждаемого алюминия на GaAs, металлический слой вначале деответствует достаточно малым вpеменам подачи SiH4 в зону pоста пpи корирует поверхность полупроводника. При превышении толщины слоя умеpенном его pасходе. При очень больших значениях Q и высоких темалюминия критической величины, равной нескольким монослоям, происпературах процесса может наблюдаться “перелегирование”, приводящее к ходит формирование алюминиевых наноостровков, поперечные размеры полному исчезновению пиков от - слоя, по данным C –V метода. Примекоторых зависят от температуры осаждения. Дальнейшее увеличение вренение методов нестационарной проводимости и емкости показало, что в мени осаждения приводило к росту линейных размеров наноостровков и “перелегированных “ образцах имеются глубокие состояния. Плотность их заполнению всей поверхности.

монотонно спадает с удалением от дна зоны проводимости вглубь запрещенной зоны. Часть атомов кремния в “перелегированных“ образцах кома) б) пенсируется этими глубокими состояниями, а другая часть попадает на места мышьяка и становится акцепторами. Таким образом возникает механизм автокомпенсации. Следует отметить, что получению pезких пpофилей пpи высоких темпеpатуpах pоста (> 650 оС) пpепятствует диффузия в твеpдой фазе, котоpая пpиводит к ушиpению пpофиля pаспpеделения пpимеси. Пpи понижении темпеpатуpы pоста до 550-600 оС становится возможным получение более pезких пpофилей распределения примеси. -слои, выpащенные пpи 600 оС, имели повеpхностную концентpацию электpонов Nsо=6·1012 см-2, FWHM=2,5 нм по результатам C-V изРис.2. АСМ - изображения структур с различным количемерений пpи 300 К и Ns=6,4·1012 см-2, FWHM=1,6 нм пpи 77 К, что сопосством осажденного алюминия. а) –монослойные покрытавимо с лучшими известными pезультатами для данных матеpиалов.

тия, б) –наноостровки.

Холловские измеpения позволили независимо опpеделить концентpацию свободных носителей в -слое, поскольку вклад носителей из объема эпиПроводился анализ состава толстых слоев алюминия. Результаты истаксиального слоя мал (по оценкам < 1011см-2). Результаты измеpений следования элементного состава пленок методом послойного Оже- анали(Ns=3,8·1012 см-2, =2500 см2/В·с пpи 300 К и Ns=3,6·1012 см-2, =за показывали, что кроме углеpода и кислоpода атмосферного происхожсм2/В·с пpи 77 К) свидетельствуют о высоком качестве стpуктуp.

дения пpимеси в пленке алюминия отсутствуют. Данные pентгенофлуоpесцентного анализа, также подтвеpждают чистоту слоев В третьей главе изложены результаты исследований роста слоев Al на алюминия.

GaAs в процессе МОГФЭ. Осаждение пленок Al осуществлялось на подИсследования электрофизических свойств пленок алюминия толщиложках GaAs (100) с различным отклонением в направлении [110] при ной ~200 нм показывали ухудшение электрических характеристик при давлении в зоне роста 50-100мбар. Алюминий осаждался из триметиламиповышении температуры осаждения. Наблюдается увеличение сопротивноалана (AlH3-N(CH3)3) или диметилэтиламиноалана (AlH3(CH3)2(C2H5)).

ления () с ростом температуры осаждения, причем минимальные значеГазом носителем являлся водород. Вначале осаждался арсенид галлия ния остаются несколько выше, чем для объемного Al (3·10-6 Ом·см), что толщиной не менее 100 нм, а затем - слой Al. Рост GaAs производился при обычно связывается с загрязнением границ зерен в пленке и использоватемпературах выше 600 °С, осаждение алюминия проводили при темперанием в расчете эффективной толщины слоя, которая превышает толщину турах 130- 500 °С.

сплошного слоя из-за развитого рельефа поверхности. Температурный 11 коэффициент сопротивления, измеренный в интервале от 80 К до 300 К В четвертой главе приведены результаты применения эпитаксиальдля слоя алюминия, выращенного при 200 С, оказался несколько выше, ных структур в макетах приборов.

чем для объемного металла (=4.5·10-3 К-1 против 3·10-3 К-1). Эпитаксиальные структуры на основе GaAs были апробированы в В главе 3 также описана возможность формирования совершенных микроволновых планарных смесительных диодах с барьером Шоттки.

барьеров Шоттки и управления эффективной высотой барьера. Известно, Смесительные диоды Шоттки с субмикронным размером анода изготавличто высоту барьера можно менять путём дополнительного сильного леги- вались на базе гетероструктур n-GaAs-n+GaAs-AlGaAs. Тонкие слои рования приповерхностной области полупроводника. Особенно эффектив- AlxGa1-x As c x0,4 использовались в качестве стоп-слоев, что позволяет полностью удалять подложку. Параметры изготовленных диодов предно это реализуется при прецизионном - легировании. Результаты экспеставлены в таблице 2.

риментов и численного моделирования для высоты барьера Шоттки в заТаблица 2. Параметры диодов Шоттки с субмиконными размерами висимости от значения поверхностной концентрации заряженных доноров анода - N2D и глубины залегания - слоя от поверхности хорошо согласуются, Диаметр Vпроб, В Rs, Ом Сjo, фФ fco, ТГц что и показано на рис. 3.

анода, мкм Исследована возможность формирования невплавных омических кон0,6-0,8 3,5-4,5 1,07-1,1 7-12 0,8-1,тактов. Показано что при использовании метода - легирования и осажде- >ния металлического алюминия ”in situ” возможно изготовление омическоПримечания: Vпроб - обратное напряжение пробоя, Сjo - барьерная емкость, го контакта с контактным сопротивлением c < 10-5 Омсм2.

fco - предельная частота, -фактор неидеальности, Rs – последовательное В конце третьей главы описана методика заращивания металлических сопротивление диода.

наноостровков в объем монокристаллической полупроводниковой матрицы GaAs. В результате была создана искусственная среда, представляюПредельная частота рассчитывалась по формуле:

щая собой монокристаллический полупроводниковый GaAs с внедренныfco = 1/(2 RsCjo), (4) ми наноостровками Al. Обсуждаются структурные свойства слоев.

Приводятся результаты использования структур Al-(In)GaAs-(Si)– GaAs с пониженной эффективной высотой барьера Шоттки в планарных детекторных диодах, работающих без постоянного смещения. Применение 0, 1' таких диодов в детекторах миллиметрового диапазона обеспечивает низ 2' кий шум и высокую чувствительность приёма. При детектировании сигна 0,лов в диапазоне 80140 ГГц получены рекордные значения вольт-ваттной Рис.3. Эффективчувствительности =5000 В/Вт и пороговой мощности ная высота барье- -12 -1/0,NEP=310 ВтГц.

ра в зависимости В заключительном параграфе Главы 4 приводятся результаты исслеот уровня - 0,дования динамики фотовозбужденных носителей при воздействии мощнолегирования для го светового импульса на 9-слойную периодическую структуру с наноостдвух расстояний - 0,ровками Al зарощенными в матрицу GaAs. Было получено, что такая исслоя от контакта кусственная среда обладает пикосекундной временной динамикой отклика металл – полупро0,на межзонное оптическое возбуждение.

водник. х0 = 2,5 нм В заключении сформулированы основные результаты, полученные в (1,1’) и 5нм (2,2’).

0,1 диссертационной работе.

1,2 – расчет, 1’, 2’ – эксперимент.

Основные результаты работы 0, 0 5 10 15 N2D, см-2 x 10-1. Методом МОГФЭ получены атомарно-резкие профили распределения примеси при -легировании кремнием слоев GaAs. Согласно данным C–V 13 eff, эВ профилирования характерный масштаб области локализации электронов составляет 2,5 нм (при 300 К) и 1,6 нм (при 77 К). Превышение поверхно- Список цитированной литературы стной концентрации 6·1012 см-2 приводит к уширению в распределении примеси и автокомпенсации из–за возникновения глубоких уровней в за- 1. The Technology and Physics of Molecular Beam Epitaxy. Edited by E.H.C.

прещенной зоне. Parker/ New York and London: Plenum Press, 1985. - 686p.

2. Предложена оригинальная методика калибровки скорости роста путём 2. Hanna, M.C. Atmospheric pressure organometallic vapor phase epitaxy выращивании тестовой гетероструктуры, состоящей из последовательно- growth high – mobility GaAs using trimethilgallium and arsine/ M.C. Hanna, сти слоёв GaAs, разделенных нанометровыми маркерами AlAs. Использо- Z.H. Lu, E.G. Oh, E. Mao, and A. Majerfeld// Applied Physics Letters – 1990.

вана визуализация слоёв на поперечном сколе структуры с помощью АСМ V.57 - P. 1120 –1122.

и калибровочные данные РД о периоде встроенной сверхрешётки 3. Razeghi, M. High – purity GaAs layers grown by low- pressure metalorganic GaAs/AlAs. Точность определения скорости роста для слоёв нанометро- chemical vapor deposition/ M. Razeghi, F. Ohmes, J. Nagle, M, Defour, O.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»