WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 10 Исследование структурных свойств слоев GaAs, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии при низких температурах © Г.Б. Галиев, Р.М. Имамов, Б.К. Медведев, В.Г. Мокеров, Э.Х. Мухамеджанов, Э.М. Пашаев, В.Б. Чеглаков Институт радиотехники и электроники Российской академии наук, 103907 Москва, Россия (Получена 20 марта 1996 г. Принята к печати 17 февраля 1997 г.) Представлены результаты исследования структурного совершенства эпитаксиальных пленок GaAs, выращенных с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии при низких температурах роста (240–300C) и разных соотношениях потоков As и Ga (от 3 до 13). На кривых дифракционного отражения выявлены характерные особенности для указанных образцов до и после отжига в диапазоне температур от 300 до 800C.

Выдвинуты предположения, объясняющие эти особенности. Установлен диапазон изменения соотношения потоков мышьяка и галлия, при котором происходит низкотемпературный рост в условиях, близких к стехиометрическому.

1. Введение Кривые дифракционного отражения (КДО) регистрировались на двухкристальном спектрометре с использоВ последнее время возрос интерес к эпитаксиаль- ванием CuK-излучения. Характеристики спектрометра ным слоям GaAs, полученным с помощью молекулярноприведены в [12].

лучевой эпитаксии (МЛЭ) при низких температурах Спектры фотолюминесценции (ФЛ) снимались на авроста (НТ). НТ слоями в МЛЭ для GaAs назытоматизированном спектрометре с использованием мовают слои, выращенные при температурах подложки нохроматора МДР-23. Люминесценция возбуждалась TS 200 300C. Такие слои характеризуются высокой аргоновым лазером (exc = 514 нм), а плотность возконцентрацией точечных дефектов, избытком мышьяка, буждения на образце составляла 100 Вт/см2.

превосходящим область гомогенности, и отличием параметра решетки НТ слоя и подложки [1–3]. Изуче3. Результаты измерений и обсуждение ние свойств НТ слоев рентгенодифрационным методом после термообработок показали, что отжиг приводит к На рис. 1 представлены измеренные КДО для образсовершенствованию кристаллической структуры [1–4].

цов 1–3, которые выращивались при TS = 240 (1), Согласно [5–8], использование НТ слоев GaAs в прибор270 (2) и 300C (3) и = 12. Видно, что кривые имеют ных структурах и элементах интегральных микросхем характерный для искаженной решетки дополнительный приводит к улучшению их параметров и характерипик (Iadd). (Здесь I0 — основной пик на КДО от подстик. Другим важным направлением работ по изучению ложки, т. е. от монокристаллического GaAs). На рис. 1, свойств НТ слоев GaAs является исследование мехагде представлены результаты рентгенодифрационных изнизма возникновения преципитатов As и динамика их мерений, видно, что Iadd по сравнению с I0 мал. Для поведения с ростом температуры отжига TA [9–11].

I0 значения относительной интенсивности отражения PR Цель данной работы — детальное исследование осои полуширины пика W составляли 0.53, 0.6, 0.62 и бенностей кристаллической структуры НТ слоев GaAs, 12, 10.8, 10.8 для образцов 1, 2, 3 соответственно.

выращенных при разных температурах роста и различПоскольку эти значения относятся к подложкам, наных соотношениях потоков мышьяка и галлия, а также блюдаемое незначительное их отличие друг от друга влияния последующиго отжига на степень совершенства мы связываем с качеством подложек, используемых для кристаллической структуры НТ пленки GaAs.

роста.

Характерной чертой КДО для образцов 1–3 является 2. Изготовление образцов и методики возрастание Iadd с ростомTS. Поскольку толщина эпитаксиальной пленки (ЭП) d 0.36 мкм и положение пиков исследований по углу (-170 ) одинаковы для всех трех образцов, то В качестве подложек использовались пластины моно- малое значение Iadd1 по сравнению с Iadd2,3 свидетелькристаллического GaAs с ориентацией (100). После ствует о более совершенной кристаллической структуре термообработки при 660C температуру подложки TS по- этого образца, что может быть обусловлено различным нижали до температуры роста (в нашем случае 240, 270, механизмом внедрения As в матрицу GaAs при разных 300C) и растили НТ слои GaAs толщиной 0.3мкм TS. Отметим также появление осцилляций с периодом при разных значениях (где = PAs4/PGa —отношение 57 на КДО для образца 3 (рис. 1), которые давления паров As4 и Ga). Отжиг проводился в камере указывают на формирование более резкой границы разроста установки МЛЭ в потоке As при TA = 300, 400, дела пленка/подложка при данных условиях роста [12].

500, 600, 700, 800Cв течение 10 мин. Измеренная по толщина d = 0.36 мкм находится в Исследование структурных свойств слоев GaAs, выращенных методом молекулярно-лучевой... Рис. 1. Кривые дифракционного отражения для образцов 1–3, полученных при = 13.

хорошем согласии с толщиной пленки, определенной по изменение a/a [12]. (Здесь a — параметр решетки скорости роста. Все необходимые формулы для обсчета GaAs). Кроме того, происходит увеличение W основного пика до 20. Увеличение W для образца 4, вероятно, КДО приведены в работе [12].

связано с перераспределением избыточного As в НТ На рис. 2 представлены измеренные КДО для образслое GaAs. Такое перераспределение может происходить ца 1 после отжига при TA = 300, 600, 700, 800C между различными видами точечных дефектов, природа (образцы 4–7). Как видно из рис. 2, отжиг, начиная с и концентрация которых для образца, выращенного при TA = 300C, изменяет вид КДО. Iadd1 при этом увеличиTS = 250C (т. е. очень близких к нашему TS = 240C), вается примерно в 3 раза, а также происходит смещение приведены в [13]. Дальнейший отжиг образцов при более этого пика от первоначального положения -170 для высоких TA приводит к улучшению кристаллической реобразца 1 до -90 для образца 4, что указывает на шетки НТ слоя и параметры решетки пленки становятся такими же, как и у монокристаллического GaAs.

Эти данные подтверждаются результатами измерений спектров ФЛ. В нашем случае, как и в [14–16], сигнал ФЛ также отсутствует для исходного образца, выращенного при TS = 240C. Но последующий отжиг при TA > 300C приводит к появлению сигнала при = 0.825 нм, интенсивность которого составляет 700, 175, 240 и относительных единиц, а полуширина пика 40, 20, и 9 мэВ для образцов 4, 5, 6, 7 соответственно (спектры ФЛ регистрировались при T = 77 K, а номера образцов соответствуют номерам на рис. 2). Эти данные, т. е.

увеличение амплитуды и уменьшение полуширины пика сигнала ФЛ с ростом TA, также свидетельствуют об улучшении кристаллической решетки НТ слоя GaAs.

С целью изучения влияния параметра на кристаллическую структуру НТ слоев GaAs, были выращены образцы с TS = 240C, но при = 8. Для этого образца дополнительного пика на КРО, как на рис. 1, не было обнаружено. Оказалось, что W для исходного образца и для образцов после отжига при TA = 400, 600 и 700C равняется 1011 угл.с, т. е. практически не изменяется, а Рис. 2. Кривые дифракционного отражения для образца наблюдается лишь незначительное увеличение интенсивпосле отжига при температурах: 300, 600, 700 и 800C (образности основного пика. Это свидетельствует о хорошем цы 4–7 соответственно).

2 Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, № 1170 Г.Б. Галиев, Р.М. Имамов, Б.К. Медведев, В.Г. Мокеров, Э.Х. Мухамеджанов...

соответствии параметров кристаллической решетки под- [8] J.-F.B. Lin, C.P. Kocot, D.E. Mars, R. Jaeger. IEEE Trans.

Electron. Dev., 37, 46 (1990).

ложки и эпитаксиальной пленки.

[9] T.M. Cheng, C.Y. Chang, T.C. Chang, J.H. Huang, M.F. Huang.

В [13] также сообщается о получении НТ слоя GaAs Appl. Phys. Lett., 64, 3626 (1994).

без Iadd на КДО, но при значениях = 34. Авторы [13] [10] T.M. Cheng, C.Y. Chang, A. Chin, M.F. Huang, J.H. Huang.

объясняют это тем, что при таком значении избыточAppl. Phys. Lett., 64, 2517 (1994).

ного мышьяка в НТ слое нет. Отличие этих значений [11] T.M. Cheng, A.Chin, C.Y. Chang, M.F. Huang, K.Y. Hsien, от наших ( 8), когда на КДО мы не наблюдаем J.H. Huang. Appl. Phys. Lett., 64, 1546 (1994).

дополнительного пика, видимо, связано с конструктив[12] А.М. Афанасьев, Р.М. Имамов, В.Г. Мокеров, А.В. Маными особенностями используемых установок. На это слов, Э.Х. Мухамеджанов, Д.В. Новиков, Э.М. Пашаев, указывает и то, что нам при = 3 4 не удалось В.С. Игнатьев, А.А. Зайцев. Тр. ФТИАН, 63, (1993).

[13] M. Missous, S.O.’Hagan. J. Appl, Phys., 75, 3396 (1994).

вырастить НТ слои GaAs.

[14] F.W. Smith, H.Q. Le, V. Diadiuk, M.A. Hollis, A.R. Calawa, Таким образом, суммируя результаты проведенного S. Gupta, M. Frankel, D.R. Dykaar, G.A. Mourou, T.Y. Hsiang.

исследования можно отметить следующее.

Appl. Phys. Lett., 54, 890 (1989).

1. Выращены и исследованы НТ эпитаксиальные слои [15] D.C. Look, D.S. Walters, M.O. Manasreh, J.R. Sizelove, GaAs. Оказалось, что при = 13 на структурах с C.E. Stutz. Phys. Rev. B, 42, 3578 (1990).

НТ слоем на КДО наблюдается дополнительный пик, [16] A.C. Warren, J.M. Woodall, J.L. Freeouf, D. Grischkowsky, вызванный различием параметров решеток НТ слоя и D.T. Mclnturff, M.R. Melloch, N. Otsuka. Appl. Phys. Lett., подложки. Интенсивность Iadd имеет наименьшее зна57, 1331 (1990).

чение при TS = 240C и увеличивается с ростом TS Редактор В.В. Чалдышев (270-300C). По нашему мнению, это связано с тем, что избыточный As занимает разное положение в решетке Study of structure properties of GaAs GaAs.

layers grown by molecular–beam epitaxy 2. Обнаруженные дополнительные осцилляции на КДО at low temperatures при TS = 300C свидетельствуют о резкой границе раздела пленка/подложка с отличающимися параметрами G.B. Galiev, R.M. Imamov, B.K. Medvedev, решеток.

V.G. Mokerov, E.Kh. Mukhamedzhanov, E.M. Pashaev, 3. Последующий отжиг НТ слоев GaAs при V.B. Cheglakov TA > 500C приводит к исчезновению дополнительного Institute of Radio Engineering and Electronics, пика на КДО. Это свидетельствует о совершенствовании Russian Academy of Sciences, кристаллической решетки пленки, что подтверждается 103907 Moscow измерениями спектров ФЛ.

4. Обнаружено резкое увеличение полуширины основного пика I0 при TA 300C. По нашему мнению, это связано с тем, что при этих TA происходит наиболее интенсивное перераспределение избыточного As, которое вызывает наибольшее изменение параметра решетки НТ слоя.

Список литературы [1] M. Kaminska, Z. Liliental-Weber, E.R. Weber, T. George, J.B. Kortright, F.M. Smith, B.Y. Tsaur, A.R. Calawa. Appl.

Phys. Lett., 54, 1881 (1989).

[2] D.C. Look. J. Appl. Phys., 70, 3148 (1991).

[3] Н.А. Берт, А.И. Вейнгер, М.Д. Вилисова, С.И. Голощапов, И.В. Ивонин, С.В. Козырев, А.Е. Куницын, Л.Г. Лаврентьева, Д.И. Лубышев, В.В. Преображенский, Б.Р. Семягин, В.В. Третьяков, В.В. Чалдышев, М.П. Якубеня. ФТТ, 35, 2609 (1993).

[4] J.K. Luo, H. Thomas, D.V. Morgan, D. Westwood. Appl. Phys.

Lett., 64, 3614 (1994).

[5] B. Nabet, A. Paolella, P. Cooke, M.L. Lemuene, P.R. Moerkirk, L.-C. Lion. Appl. Phys. Lett., 64, 3151 (1994).

[6] L.-W. Yin, Y. Hwang, J.H. Lee, R.J. Trew, U.K. Mishra. IEEE Electron. Dev. Lett., 11, 561 (1990).

[7] M.R. Melloch, D.C. Miller, B. Das. Appl. Phys. Lett., 54, (1989).

Физика и техника полупроводников, 1997, том 31, №




© 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.