Введение к работе
Актуальность проблемы. Метод молекулярно-пучковон эпитаксии (МПЭ) является одним из наиболее перспективных ростовых методов современной полупроводниковой технологии. Возможность создания іетерофаїшц с резкостью на уровне одного атомного слоя и высокая однородность гетероструктур, выращенных методом МПЭ, позволяют использовать эту технологию для изготовления полупроводниковых лазеров с квантовыми ямами и транзисторов с высокой подвижностью электронов (НЕМТ). Уникальной особенностью МПЭ является то, что поверхность полупроводника в процессе роста остается открытой, что позволяет использовать тонкие исследовательские методики для изучения процесса роста in situ. Наиболее информативной методикой оказывается дифракция отраженных быстрых электронов (ДБЭО). Эта методика позволяет определять реконструкцию поверхности и с помощью наблюдения осцилляции интенсивности основного рефлекса изучать переходные процессы и динамику роста.
Исследования атомарно-гладкой поверхности и физики послойного роста имеют самостоятельное научное значение; в то же время, такпе исследования способствуют быстрому развитию технологии МПЭ. Важной темой является установление связи между состоянием поверхности полупроводника во время роста и приборным качеством выращенных слоев.
Одним из наиболее сложных приборов, изготовление которого возможно с помощью МПЭ, является мощный полупроводниковый лазер. Гетероструктура для такого лазера должна обеспечить как высокую дифференциальную эффективность, так и отсутствие деградации прибора при работе в непрерывном режиме в течение длительного времени (тысяч часов).
В связи с этим, тема работы, направленная на изучение свойств поверхности полупроводников, физики роста GaAs п твердых растворов AlGaAs, а также на разработку технологии выращивания гетероструктур для мощных полупроводниковых лазеров, является актуальной.
Цель и задачи работы состоят в исследовании свойств поверхности GaAs в условиях сверхвысокого вакуума, в изучении
особенностей эпитаксиального роста GaAs и AlGaAs и, на основе этих исследований, в разработке технологии выращивания гетероструктур, пригодных для изготовления мощных лазерных диодов со временем жизни, составляющим несколько тысяч часог-.
Научная новизна работ;.! определяется тем, что в иен впервые: обнаружено аномальное поведение степени шероховатости поверхности GaAs(lOO) при начале роста в условиях низкотемпературной реконструкции с(4х4); показано, что структурный переход с(4х4)-> (2x4) в реальных ростовых условиях протекает без кинетических ограничений скорости превращения; обнаружено, что изменение реконструкции с(4х4) на (2x4) происходит через промежуточную реконструкцию (2x1); обнаружена корреляция между наблюдаемыми в процессе МПЭ реконструкциями поверхности AlGaAs и кристаллическим качеством вырашениых слоев; обнаружена связь скорости деградации лазерных диодов с температурой роста А1-содержащнх слоев лазерной гетероструктуры.
Практическая значимость работы состоит в получении новых данных о динамике изменения реконструкции и кинетике роста на изначально с(4х4)-реконструнрованиой поверхности GaAs(lOO); в выявлении связи дефектности слоев AlGaAs и срока службы полупроводниковых лазеров с условиями роста гетероструктур; в разработке нового метода получения атомарно-гладкой реконструированной поверхности GaAs(lOO), основанного на перекристаллизации материала под действием коротких лазерных импульсов в условиях сверхвысокого вакуума; в разработке технологии выращивания гетероструктур, пригодных для изготовления мощных лазерных диодов со временем жизни, составляющим несколько тысяч часов.
На защиту выносятся;
!. Методика н результаты экспериментального исследования с помощью ДБЭО шероховатости поверхности GaAs(lOO) в статических условиях н в процессе установившегося эпитаксиального роста, динамики структурного перехода с(4х4)->(2х4).
2. Метод получения атомарно-гладкой реконструированной поверхности GaAs(lOO) , основанный на перекристаллизации материала под действием коротких лазерных импульсов п условиях сверхвысокого вакуума.
,3'. Результаты экспериментального исследования методом двух-крнсталлі.ноіі рентгеновской спектрометрии кристаллического качества слоен AIGaAs в зависимое от температури роста н паблгодгеисп в процессе зпнтакенн реконструкции поверхности.
4. Результаты исследования зависимости скорости деградации лазерных диодов от температуры роста А1-содержащих слоев лазерных гетероструктур. Разработанная технология выращивания методом МПЭ гитероструктур, пригодных для изготовления мощных полупроводниковых лазеров, позволяющая получить гетероструктуры с внутренним квантовым выходом нзлучательноіі рекомбинации ті =91%, пригодные для изготовления лазеров с выходной мощностью ~ 500 мВт прп сроке службы более 3000 часов.
AuQQsr.UiiisL-jpniiGlkL Результаты работы докладывались на: Sixth European Conference on Molecular Beam Epitaxy and Related Growth Methods, Tampere, Fin'and (1991); Seventh European Workshop on Molecular Beam Epitaxy, Bardonecchia, Italy (1993).
ПуЛлшсапшь Основные материалы диссертации опубликованы в 8 научных работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и оГп.ем работы. Диссертация состоит пз введения, пяти глав и заключения. Общин объем диссертации - 116 страниц, в том числе 94 страницы машинописного текста и 22 рисунка на 22 страницах. Библиография содержит 87 наименований и занимает 12 страниц.
