WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 7 Фотопреобразователи на основе эпитаксиальных слоев GaAs и AlGaAs на подложках GaAs с развитой площадью поверхности © И.Н. Арсентьев, А.В. Бобыль¶, О.Ю. Борковская, Д.А. Винокуров, Н.Л. Дмитру궶, А.В. Каримов+, В.П. Кладько, Р.В. Конакова, С.Г. Конников, И.Б. Мамонтова Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия Институт физики полупроводников Национальной академии наук Украины, 03028 Киев, Украина + Физико-технический институт Научного объединения „Физика-Солнце“ Академии наук Республики Узбекистан, 700084 Ташкент, Узбекистан (Получена 6 декабря 2005 г. Принята к печати 19 декабря 2005 г.) Разработаны газофазная и жидкофазная технологии эпитаксиальных слоев GaAs и AlGaAs на подложках GaAs(100) с развитой площадью поверхности. На подложках изготавливались слои пористого GaAs, а также создавались микрорельефы дендритного и решеточного типа. Для оценки качества слоев проведены сопоставительные исследования морфологии поверхности и рентгеноструктурные исследования. Далее были разработаны фотопреобразователи на основе этих слоев. Лучшие параметры показали приборы на основе слоев с микрорельефом подложки дендритного типа, которые имели среди исследованных образцов наибольшее развитие площади рабочей поверхности, а плотность дислокаций в слое составляла 104 см-2.

В частности, внешняя квантовая эффективность фотопреобразователей на длине волны 0.65 мкм была выше на 150% по сравнению с контрольными образцами, изготовленными на гладкой поверхности.

PACS: 68.55.Ce, 68.55.Df, 81.60.Cp, 85.30.Kk, 85.60.Dw Новые способы предварительной обработки и защиты высококачественных СВЧ диодов с барьером Шоттки, поверхности подложек AIIIBV, оптимизации параметров имеющих рекордно малые токи утечек.

эпитаксии слоев и послеростовых термических отжигов Таким образом, разработка фотопреобразователей на и другие технологические приемы привели к разработке микрорельефных подложках с развитой поверхностью однопереходных и каскадных монолитных фотопреоб- („мягких“ подложках) может иметь следующие преимуразователей с достаточно хорошими параметрами [1,2]. щества.

Известный интерес представляют также фотопреобра- 1) Уменьшается влияние рассогласования постоянных решеток компонент гетероперехода и их коэфзователи, в которых исходная ростовая поверхность фициентов термического расширения из-за релаксации подложек имеет текстурированную, микрорельефную механических напряжений на рельефе подложки.

структуру [3,4]. При использовании таких подложек в слоях уменьшаются внутренние механические напря- 2) Увеличивается коэффициент поглощения фотонов жения, на 30-40% увеличивается эффективная пло- p-n-переходом из-за многократных отражений на рельефе, что в итоге снижает величину оптических потерь.

щадь поверхности интерфейса по сравнению с обычной Однако при использовании мягких подложек с активэпитаксией на плоские подложки. Последний параметр является важным, поскольку его оптимизация приво- ной функцией разделения электронно-дырочных пар потенциальным барьером, локализованным на интерфейсе, дит к увеличению коэффициента поглощения фотонов могут возникать следующие проблемы.

p-n-переходом за счет многократных отражений. Ис1) Из-за возрастания площади p-n-перехода может пользование микрорельефных подложек дает также доувеличиться темп интерфейсной рекомбинации и обратполнительную возможность формирования слоев с разные токи насыщения, что приведет к снижению напряличной проводимостью в самом поверхностном рельефе.

жения холостого хода фотопреобразователя.

С другой стороны, в последние годы была разработана 2) При жидкофазном эпитаксиальном росте может технология эпитаксии на пористые подложки AIIIBV, возникнуть неполное смачивание микрорельефной покоторые имеют также развитую площадь и на поверхноверхности раствором–расплавом, что приведет к слабой сти, и в приповерхностной области [5,6]. Было показано, адгезии пленок к подложке.

что использование пористых подложек GaAs, InP, GaSb Цель данной работы заключалась в выявлении наипозволяет создавать структурно-совершенные, практиболее перспективных технологий эпитаксии и типа чески ненапряженные эпитаксиальные слои, особенно подложек с развитой площадью поверхности, улучшапри росте слоев с дополнительным буферным подслоем.

ющих параметры фотопреобразователей. Были выраЭто оказалось весьма перспективным при разработке щены методом газофазной (МОС-гидридной) техноло¶ гии гетеропереходы AlxGa1-xAs/GaAs состава x 0.E-mail: bobyl.theory@mail.ioffe.ru ¶¶ E-mail: nicola@dep39.semicond.kiev.ua на стандартных гладких (контрольных), пористых и Фотопреобразователи на основе эпитаксиальных слоев GaAs и AlGaAs на подложках GaAs... Рис. 1. Изображения в атомно-силовом микроскопе (a, b) и сканирующем электронном микроскопе (c, d) микрорельефной поверхности GaAs дендритного (a), квазирешеточного (b) типов, поверхности GaAs пористого слоя (c) и боковой поверхности скола эпитаксиального слоя на пористой подложке GaAs (d).

текстурированных (с микрорельефом поверхности двух фа дендритного типа практически на порядок больше типов — квазирешетка и дендрит) подложках GaAs. масштаба неоднородностей рельефа квазирешеточного Для сравнения на стандартных и текстурированных типа, который в свою очередь на порядок больше подложках типа квазирешетки аналогичные гетеропере- масштаба неоднородностей поверхности пористого слоя.

ходы были выращены методом жидкофазной эпитаксии. Таким образом, эти три варианта действительно удачно В обоих случаях использовались подложки GaAs n-типа перекрывают значительный интервал развития площапроводимости, легированные теллуром с концентраци- ди поверхности, что, очевидно, может способствовать ей 2 · 1017-2 · 1018 см-3, ориентированные в плоско- решению поставленной задачи. Далее будет видно, что сти (100). Микрорельефы поверхности подложек ден- это обстоятельство особенно ярко проявилось в спекдритного и решеточного типов показаны на рис. 1, a, b. тральных свойствах фотопреобразователей, гетерослои Они изготавливались путем анизотропного травления в которых были получены методом газофазной эпитаксии.

кислотах HNO3 и 2HF : 2H2SO4 : 1H2O2 соответственно Для оценки структурного качества слоев проведены по методике [3,4]. Пористые подложки с толщиной сопоставительные рентгеноструктурные исследования пористого слоя 10 мкм изготавливались путем элек- методом дифрактометрии в двухкристальном варианте с трохимического травления в хлоридных и бромидных использованием Cu K-излучения (отражения 311 и 400).

водных растворах по методике [7]. На рис. 1 видно, Симметричные 400 и асимметричные 311 отражения что характерный масштаб неоднородностей для релье- использовались для определения механических напряжеФизика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. 878 И.Н. Арсентьев, А.В. Бобыль, О.Ю. Борковская, Д.А. Винокуров, Н.Л. Дмитрук, А.В. Каримов...

ний, поскольку они дают значения несоответствия постоянных решеток для различных направлений в ячейке соответственно перпендикулярно и параллельно интерфейсу. Изменение состава учитывалось по изменению интенсивности пиков отражения. Эти пики анализировались также методом компьютерного моделирования.

Исследование структур, выращенных по разработанной технологии, показало, что они являются высококачественными. На изображениях, полученных в атомносиловом микроскопе, было видно, что характер микрорельефа текстурированных подложек частично сглаживается в процессе эпитаксии, без существенного уменьшения масштаба неоднородностей. Тогда как эпитаксиальный слой, выращенный на пористой подложке, как видно на рис. 1, d, практически полностью заращивает Рис. 3. Кривые дифракционного отражения для структур, ее исходный рельеф.

полученных жидкофазной эпитаксией на гладкой (1) и реКривые дифракционного отражения структур, выральефной (2) поверхностях подложки GaAs (рефлекс 004, щенных МОС-гидридной технологией на текстурированCu K-излучение). Обозначения те же, что и на рис. 2.

ном GaAs, показаны на рис. 2. Известно, что толщина пленки определяет величину относительной интенсивности максимумов пленки A и подложки B. В частности, интенсивность максимума A монотонно увеличивается с заны положения пиков для полностью напряженной и ростом толщины пленки. Толщина эпитаксиальных плерелаксированной структуры соответственно. Смещение нок оценивалась по интегральной величине максимумов.

максимумов кривых качания относительно положения Она не зависит от дефектности пленок, что позволяет прямой a означает, что уровень деформации в слоях оперативно определять их толщину с достаточной точпонижен за счет релаксации механических напряжений.

ностью [8]. На рис. 2 видно также, что для этого вида При этом релаксация больше именно для слоев на эпитаксии полуширины кривых качания для структур с микрорельефной поверхности по сравнению со слоями гладкой (1) и микрорельефной поверхностью (2) близки на контрольных гладких подложках. В обоих случаях эта по своим значениям и составляют соответственно 90 релаксация не происходит за счет образования дислои 87, что также подтверждает высокое структурное каций несоответствия, поскольку одним из механизмов качество эпитаксиальных слоев на микрорельефной подуширения кривых качания исследованных рефлексов ложке. Вертикальными прямыми a и b на рис. 2 покаявляется именно рассеяние на этих дислокациях, а оно, как оказалось, не зависит от типа рельефов.

Кривые дифракционного отражения структур, выращенных методом жидкофазной эпитаксии по технологии, описанной в [9], показаны на рис. 3. Видно, что структуры, полученные этим методом на микрорельефных подложках, практически не отличаются от аналогичных структур, полученных на контрольных гладких подложках. Сравнение полуширины кривых качания показывает, что они очень близки. Однако эти структуры оказались весьма напряженными, практически в одинаковой степени для обоих типов подложек. Эти структуры также являются высококачественными. В частности, полуширина кривых качания 30, т. е. почти в 3 раза меньше, чем для структур, полученных газофазной эпитаксией. Этот факт дает основания полагать, что путем оптимизации технологии жидкофазной эпитаксии величину механических напряжений в слоях можно будет значительно Рис. 2. Кривые дифракционного отражения для структур, уменьшить.

полученных МОС-гидридной технологией на гладкой (1) и Используя исследованные эпитаксиальные гетерорельефной (2) поверхностях подложки GaAs (рефлекс 004, структуры, были изготовлены макеты фотопреобразоваCu K-излучение). A и B — максимумы, обусловленные оттелей и измерены их электрические и фотоэлектричеражением от эпитаксиальной пленки Al0.8Ga0.2As и подложки ские характеристики. На рис. 4 представлены спектры GaAs соответственно, a и b — положения пиков для полновнешней квантовой эффективности для нескольких фостью напряженной и полностью релаксированной структуры топреобразователей, изготовленных в одном процессе соответственно.

Физика и техника полупроводников, 2006, том 40, вып. Фотопреобразователи на основе эпитаксиальных слоев GaAs и AlGaAs на подложках GaAs... Параметры фотопреобразователей, изготовленных на основе структур, полученных методом жидкофазной эпитаксии. В качестве источника излучения использовался имитатор солнечного облучения за пределами земной атмосферы (AM0-облучение) Слой AlxGa1-x As Образцы Рельеф Jsc, мА/см2 Voc, мВ FF, % x толщина, мкм LPE-144 Гладкий 0.75 3.5 15.63 869 0.289 2.LPE-143 Квазирешетка 0.74 3.5 8.39 827 0.740 3.LPE-145 » 0.47 < 1 14.44 976 0.795 8.LPE-147 Дендрит 0.6 3.6 21.8 624 0.499 5.Примечание. Jsc — плотность тока короткого замыкания, Voc — напряжение холостого хода, FF — коэффициент заполнения (произведение максимального тока и напряжения, приведенные к величине произведения Jsc на Voc), — коэффициент полезного действия по получаемой мощности.

на подложках с разными типами микрорельефов поверх- не уступающее исходной химически полированной гладности и с максимально большим диапазоном развития кой поверхности [10]. При анизотропном травлении в ее площади. Видно, что процент увеличения кванто- первую очередь удаляются наиболее дефектные области вой эффективности по порядку величины находится кристаллической поверхности, в которых скорость травв качественном соответствии с увеличением площади ления максимальная.

рабочего интерфейса. Например, для фотонов с дли- Таким образом, хотя характер микрорельефа в проной волны 0.65 мкм наблюдаем увеличение квантовой цессе эпитаксии частично сглаживается, тем не менее сохранившийся микрорельеф позволяет уменьшить коэффективности на сотни, десятки и единицы процентов эффициент оптического отражения. Моделирование опна подложках дендритного, квазирешеточного типов и пористых соответственно, по сравнению с фотопре- тических и фотоэлектрических характеристик структуры образователем на гладкой подложке. Технология из- для фотопреобразователей [11] показало, что при этом слои p+-AlxGa1-xAs и p+-GaAs имеют субмикронную готовления высокоэффективных фотопреобразователей предполагает сохранение микрорельефа в гетероэпи- толщину. Применение метода МОС-гидридной эпитаксии позволяет выполнить эти условия, а максимальтаксиальной структуре после создания p-n-перехода ный эффект получается для микрорельефа дендритного (в нашем случае это p+-AlxGa1-x As/p+-n-n+-GaAs).

типа. При этом величина внешней квантовой эффекВ этом случае эффективность фотопреобразователя бутивности гетероэпитаксиальных структур с различным дет увеличиваться как за счет уменьшения оптических характером микрорельефа границы раздела коррелирует потерь (коэффициента отражения), так и за счет увес оптическими свойствами (пропусканием) слоев на личения коэффициента собирания фотогенерированных микротекстурированных поверхностях.

Pages:     || 2 |



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.