WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

углу 2, он может обеспечить плотность атомарного поТок прямо пропорционален плотности потока заряжентока fN = 3.69 · 1014 atoms/cm2 · s на расстоянии 20 cm от ных частиц (электронов и ионов), которые ускоряются апертуры CPS до подложки. В то же время 1 monolayer/s электрическим полем в камере поджига и активируют эквивалентен fGa = 6.26 · 1014 атомов Ga в секунду.

нейтральные газовые частицы путем соударений.

Эффективность встраивания азота in определяется эфДанные, представленные на рис. 4, демонстрируют, что фективностью активации азота в плазменном источниразные значения рабочих параметров источника (F и I) ке ac и зависящим от условий роста коэффициентом могут обеспечить одно и то же содержание азота. Наприлипания активных частиц азота st. Концентрация пример, 7 mA-1.5cm3/ min и 10 mA-1cm3/ min обесазота в объемном слое равна печивают Y около 1.2%, что также проиллюстрировано на рис. 2. Тем не менее кристаллическое совершенство fN Y = acst. (1) этих двух слоев GaAsN весьма различно. Из рентгеноfGa дифракционных кривых качания около рефлекса (004) При 100%-ной активации и 100%-ном коэффициенте видно, что пик слоя в образце, выращенном при услоприлипания поток в 1 cm3/min обеспечил бы столь высовиях 10 mA-1cm3/ min, существенно более широкий кую концентрацию азота, как 57%, (400 arc.sec.), чем в образце, выращенном при условиях 7mA-1.5cm3/ min (60 arc.sec.). Мы обнаружили, что fN Ymax =. (2) использование большего потока азота лучше с точки зреfGa ния кристаллического совершенства (ширины рентгенодифракционных пиков). Например, даже образец с более Однако экспериментальные значения концентрации высокой концентрацией азота (1.5%), выращенный при азота, полученные при использовании F = 1cm3/min, составляют 1.22 и 2.56% при токе 10 и 20 mA соответ- условиях 10 mA-1.5cm3/ min, имеет меньшую ширину пика (около 100 arc.sec.), чем образец, выращенный при ственно (рис. 4). Комбинируя выражения (1) и (2) с экспериментальными результатами, мы рассчитали эф- условиях 10 mA-1cm3/ min. Мы полагаем, что одной из фективность встраивания как функцию приложенного то- основных причин уширения пика являются флуктуации потока азота, приводящие к модуляции состава в процеска, что показано на рис. 5. Эффективность встраивания, се роста пленки. Зависимость Y от F существенно некак обнаружено, прямо пропорциональнa приложенному току. Надо заметить, что изменение потока почти не линейна. Таким образом, даже малые изменения потока влияет на in. могут привести к значительной неоднородности состава, Так как все образцы выращены при номинально оди- когда используются малые потоки. В то же время в наковых условиях роста, включающих в себя темпера- области насыщения зависимости Y (F) (большие потоки) туру подложки, скорость роста и давление мышьяка, влияние флуктуаций потока не столь существенно.

Журнал технической физики, 2001, том 71, вып. Молекулярно-пучковая эпитаксия GaAsN на GaAs с использованием плазменного источника... Мы также исследовали морфологию поверхности образцов, комбинируя метод дифракции быстрых электронов (ДБЭ) и Nomarski оптическую микроскопию.

На рис. 4 показана карта морфологии поверхности в зависимости от рабочих условий плазменного источника азота. Мы обнаружили существенную корреляцию между приложенным током во время роста и состоянием поверхности слоя. В образцах, выращенных при низких значениях тока (10 mA и ниже, Y = 0.8-1.5%), поверхность всегда оказывалась гладкой и без особенностей. Картина дифракции быстрых электронов остается двумерной (полосатой) в течение всего времени роста.

В образцах, выращенных при умеренных значениях тока (20-30 mA, Y = 2.1-3.1%), поверхность по-прежнему гладкая (за исключением образца, выращенного при условиях 30 mA-0.7cm3/ min), однако картина ДБЭ была штриховой (смесь точек и полос). И наконец, Рис. 6. Зависимость положения пика ФЛ (темные кружки) образец, выращенный при наибольшем токе (45 mA, и пика поглощения ([9], светлые кружки) от содержания азота Y = 3.7cm3/min), обладал шероховатой матовой поверх- в слое GaAsN.

ностью, а картина ДБЭ была трехмерной (точечной).

Мы хотим подчеркнуть, что в случае роста с использованием высоких значений тока картина ДБЭ не стовой быстрый термический отжиг не были проведены.

деградировала медленно, по мере увеличения толщиНа рис. 6 темными кружками показано положение пины пленки. Она становилась точечной или штриховой ка ФЛ в зависимости от содержания азота. Сплошная с самого начала роста GaAsN слоя. Это показывает, кривая показывает аппроксимацию экспериментальных что морфология поверхности определяется не влиянием данных полиномом второго порядка. В области малых напряжения, как это наблюдается в сильнонапряженных концентраций азота (менее 1.5%) сдвиг пика ФЛ в слоях InGaAs [10]. Согласно наблюдениям картин ДБЭ, длинноволновую сторону оценен равным 200 meV/%.

морфология поверхности зависит в большей степени от Положение линии ФЛ достигает 0.93 eV (1.33 µm) в приложенного тока, чем от величины рассогласования образце с наибольшим содержанием азота (Y = 3.7%).

(содержания азота). Мы предполагаем, что это поведеЗаметим, что наши экспериментальные результаты ФЛ ние связано с увеличением тока ионов, бомбардирующих образцов с низким содержанием азота (Y < 1.5%) хороповерхность, во время роста с использованием больших шо соотносятся с шириной запрещенной зоны, измерентоков.

ной методом поглощения в напряженных слоях GaAsN, Для проверки этого заключения мы вырастили выращенных методом эпитаксии из металлорганических два объемных слоя InX Ga1-XAs1-Y N, согласованных соединений (MOCVD) [9] (на рис. 6 показано светлыми по параметру решетки с GaAs, используя режимы кружками). Однако образцы с большим содержанием 7mA-1.5cm3/ min (Y = 1.2%) и 20 mA-1cm3/ min азота (Y > 2%) демонстрируют заметный длинновол(Y = 2.6%). Добавление In позволяет компенсиновый сдвиг линии ФЛ (до 70 meV) по сравнению с ровать напряжение рассогласования и, таким образом, максимумом спектра поглощения. Мы полагаем, что исключить его влияние на морфологию поверхности.

причина наблюдаемого отклонения обусловлена флукТемпература источника In была выбрана такой, чтобы туациями состава, поскольку основной вклад в сигнал содержание In в слоях было около 4 и 8% соответФЛ при малых и умеренных плотностях возбуждения ственно. В то время как рентгенодифракционные кривносит в основном сильно локализованные состояния, вые подтверждают решеточное согласование в обоих отвечающие большему,чем среднее, содержанию азота.

образцах, картины ДБЭ во время роста и морфология Мы обнаружили, что интенсивность ФЛ в исследуповерхности значительно отличались. У первого образца емых слоях GaAsN сильнее зависит от величины искартина ДБЭ была полосатой, а поверхность выращеннопользованного тока плазменного источника азота, чем го слоя была зеркальной. У второго картина ДБЭ была от результирующего содержания азота, как это показано с самого начала точечной, а поверхность выращенного на вставке к рис. 6. Это хорошо коррелирует с обслоя шероховатой. Эти данные находятся в согласии с суждавшимся выше влиянием тока на морфологию порезультатами исследований морфологии слоев GaAsN, верхности. Мы полагаем, что повреждение поверхности выращенных без добавления In, обсуждавшимися выше.

Ширина запрещенной зоны выращенных слоев GaAsN ускоренными ионами может также вызывать появление была оценена с помощью измерения фотолюминесцен- большого числа дефектов, являющихся центрами безызции (ФЛ) при комнатной температуре. Ни высокотем- лучательной рекомбинации. В результате интенсивность пературная обработка в ростовой камере, ни послеро- ФЛ сильно падает по сравнению с чистым GaAs, особенЖурнал технической физики, 2001, том 71, вып. 64 А.Е. Жуков, Е.С. Семенова, В.М. Устинов, E.R. Weber но в случае больших значений тока. Дальнейшее исследование необходимо для оценки оптического совершенства тонких слоев (In)GaAsN (квантовых ям), выращенных с использованием CPS.

В заключение мы исследовали серию слоев GaAsN, выращенных методом МПЭ с использованием нового типа источника активного азота — constricted plasma source (CPS). Было найдено, что полученная концентрация азота контролируется как потоком азота, так и приложенным током. Однако ток является более мощным контролирующим параметром. CPS обеспечивает практически приемлемую активацию потока азота, позволяя достичь концентраций вплоть до 3.7%. Даже в случае высокой концентрации азота слои GaAsN толщиной 0.35 µmоказываются упруго напряженными. Минимальное значение концентрации азота, которое может быть воспроизведено в толстых пленках GaAsN, достигается при наименьшем токе, отвечающем условию временной стабильности плазмы. Во всем диапазоне полученных составов наблюдался сигнал ФЛ при комнатной температуре. Однако и интенсивность ФЛ, и морфология поверхности слоев ухудшаются при увеличении тока источника вследствие бомбардировки поверхности ускоренными ионами. Положение пика ФЛ хорошо согласуется с шириной запрещенной зоны (максимумом поглощения) в области малых составов азота. Линия ФЛ образцов с большим содержанием азота заметно сдвинута в длинноволновую сторону из-за флуктуаций состава.

Работа выполнена при поддержке NATO Science for Peace Program (SfP-972484), гранта CRDF (RE1-2221) и программы ”Физика твердотельных наноструктур” (проект № 99-2034).

Список литературы [1] Kondow M., Uomi K., Niwa A. et al. // Jap. J. Appl. Phys.

1996. Vol. 35. P. 1273–1275.

[2] Ustinov V.M., Zhukov A.E. // Semicond. Sci. Technol. 2000.

Vol. 15. P. R41–R54.

[3] Livshits D.A., Egorov A.Yu., Reichert H. // Electron. Lett.

2000. Vol. 36. N 16. P. 1381–1382.

[4] Choquette K.D., Klem J.F., Fischer A.J. et al. // Electron.

Lett. 2000. Vol. 36. N 16. P. 1388–1390.

[5] Sopanen M., Xin H.P., Tu C.W. // Appl. Phys. Lett. 2000.

Vol. 76. No 8. P. 994–996.

[6] Pan Z., Li L.H., Lin Y.W. et al. // J. Cryst. Growth. 2000.

Vol. 209. P. 648–652.

[7] Anders A., Khn M. // Rev. Sci. Instrum. 1998. Vol. 69.

P. 1340–1343.

[8] Matthews J.W., Blakeslee A.E. // J. Cryst. Growth. 1974.

Vol. 27. P. 118–125.

[9] Uesugi K., Morooka N., Suemune I. // Appl. Phys. Lett. 1999.

Vol. 74. N 9. P. 1254–1256.

[10] Zhukov A.E., Ustinov V.M., Alferov Zh.I. // Int. J. High Speed Electron. Syst. 1998. Vol. 9. N 4. P. 1109–1138.

Журнал технической физики, 2001, том 71, вып.

Pages:     | 1 ||



© 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.