Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. В настоящее вреня является общепризнанных, что структуры с гетеропереходами определяют прогресс в физике и технике полупроводников. Важнейшие свойства гетеросгрук-тур, обусловившие их широкое применение в микро- и оптоэлектрони-ке, были впервые предсказаны и исследованы коллективом явторов под руководством Ж. И. Алферова [1 ) в системе GaAs/AlGaAs. Значительные успехи в данной области оказались возможными, в первую очередь, благодаря реализации авторами методом жидкостной эпитаксии ' идеальных' гетеропереходов с резкими гетерстраницами и низкой концентрацией дефектов на них.
Закономерной тенденцией совершенствования полупроводниковых
структур, обусловленной необходимостью повышения быстродействие и
улучшения других свойств микро- и оптоэлектронных приборов, стало
уменьшение геометрических разнеров создаваемых объектов как в
* плоскости слоев, так и в направлении их чередования [2 ].
Хотя первые полупроводниковые структуры со сверхтонкими сло-яма. были синтезированы I, И. Алфёровым и др. (3 1 методон хлсрид-ной газофазной эпитаксии, возможность реализации гегерос груктур с контролем толщины слоив на уровне нескольких межатомных расстояний появилась лишь при создании новых нетодов эпитаксиального выращивания - таких как газофазная эпитаксия из металлооріанических соединений и, особенно, молекулярно-пучковая эпитаксия (НПЗ).
Квантово-размерным эффектом называют зависимость термодинамических характеристик к кинетических коэффициентов твердых тол от их геометрических размеров, когда последние становятся соизмеримыми с эффективной длиной волны Де-Броиля элементарных возбуждений.
В 1969г. Л Осаки и Р. Тсу выдвинули идею создании полупроводниковых композиционных сверхрешеток и сверхрешоток легирования, оказавшую революционизирующее воздействие на всю физику твердого тела, а также твердотельную микро- и оптозляктронику, позволял создавать материалы с заранее заданными оптическими и транспортными свойствами, эноргетический спектр носителей в которых опрвдьлм-ется аффектами размерного квантования (2 ].
К началу 80-х годов успехи в области исследования свойств и технологии получения квантороразмврпых (КР) гвгерспрук іуо стали а существенной степени определять прогресс в области физики и техники полупроволников.
При этом следует отметить, что непосредственно НПЭ создавались лишь многослойные гетероструктуры с размерным квантованием п одном измерении (в направлении чередовании слоев). Попытки реализации структур с размерным квантованием в двух и трёх измерениях осуществлялись, как правило, непрямыми методами, такими как, например, селективное по поверхности ионное травление готероструктур с квантоворазмерными слоями.
Все более широкий интерес к сверхрешеткам с толщинами слоев, составляющими всего несколько межатомных расстояний в кристалле, свойства которых кардинально зависят от микроскопической структуры гетерограниц, а также настоятельная необходимость создания одномерных и нульмерных гетероструктур прямыми методани, непосредственно в процессе эпитаксии, поставили вопрос о более углублённом понимании физико-химических аспектов формирования поверхности при НПЭ. морфологической структуре и однородности гетерограниц и о влиянии на них ориентации исходной поверхности роста. Повышение уровня понимания, в своп очередь, потребовало существенной модификации старых и создания новых методов анализа и проведения широкого спектра исследований.
Таким образом данная диссертационная работа, впервые посвященная решению всего конплекса перечисленных проблем, является актуальной как с научной, так и с практической точки зрения.
ЦЕЛИ II ЗАДАЧИ РАБОТЫ. Цель работы состояла в создании научных основ технологии получения методом мпэ квантоворазмерных гетероструктур на основе соединений A3BG с размерных квантованием в одной, двух и трёх измерениях для научных исследований и приборных применений.
Для достижения указанной цели решался следующий комплекс задач.
Исследование новых эффектов, связанных с образованием упорядоченных массивов никрофасеток на сингулярных поверхностях и поверхностях с высоким индексом Миллера.
Исследование процессов гетероэпитаксии на фасетированных поверхностях с целью получения массивов квантовых проволок и точек.
Исследование процессов образования микроскопических кластеров на Фасетированных поверхностях при гвтероэпитакси с цепью получения изолированных квантовых проволок и точек.
Разработка физимо-химической модели образования пркповерхностно-іл глоя тгердой фаті я его рол» в формировании сегрегационных
- 5 -слоев основных и примесных элементов и в процессах диффузии
примесей.
Разработка методологических основ диагностики локализованных состояний в КР гетероструктурах при анализе спектрои возбуждения люминесценции при ниских температурах наблюдения и сверхнизких плотностях возбуждения.
Исследование процессов релаксации, рекомбинации и транспорта неравновесных носителей и экситонов в гетероструктурах с размерный квантованием в одном, двух и трёх измерениях и их связи с микроскопической структурой гетерограниц.
Разработка методологических основ определения величины разрывов зоны проводимости н валентной зоны и масс тяжелых и лёгких дырок оптическими методами.
Разработка конструкции одномерных и нульмерных гетероструктур на фасетированных поверхностях, пригодных для использования в очто-электронных приборах нового поколения.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА И ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Впервые показано, что сингулярные поверхности и поверхности с высоким индексом Миллера соединений А В при типичных для МПЭ условиях могут представлять собой упорядоченные массивы микрофасеток.
Впервые раскрыт механизм гетероэпитаксиального роста на фасетированных поверхностях.дающий возможность синтеза массивов квантовых проволок и квантовых точек.
Впервые предложен метод формирования 'изолированных квантовых проволок и точек на фасетированных поверхностях метолом зонного конструирования.
Впервыа выявлена особая роль поверхности в установлении фазовых равновесий при МПЭ соединений А В и гетероструктур нл их основе.
При исследовании физических свойств гетероструктур' с pa.i-мерным квантованием в одном, двух и трех измерениях вьіяилвіші жівьк физические эффекты, обусловленные особенностями1 процессов релаксации, рекомбинации и> докалим ал і* н> неравнонесних носитолой л окс»тонов.
Pajpa6oTaHa воспроизводимая технологии получения метолом М"Э іетероструктур с размерным квантованием в одпон, днух и трех измерениях с морфологически однородными гетерограпнппни с бинаким к ЮГ'Х внутренним кпаптоиым выходам излучаї ольхой рекемсинлции
- є -
и уровнем фонового легирования №+М*<1*10"см~3 для применение в никро- и оптоэлектронике.
IU ЗАШИТУ выносятся.
I. Результаты экспериментальных и теоретических исследовании про
цессов роста на сингулярных поверхностях и поверхностях с высо
ким индексом Миллера, позволившие решить проблему получения
совершенных гетероструктур с размерным квантованием в одном,
двух и трёх измерениях.
2.Результаты экспериментальных исследований гетероструктур с размерным квантованием в одном, двух и трех измерениях в системе GaAs-AlAs и гетероструктур с размерный квантованием в одном измерении в системах GaAs-AlGaAs, InGaAs-AlGaAs (полложка GaAs) и InGaAs-АІІпАв (подложка InP)# позволившие получить новые данные об оптических свойствах квантоворазмерных гетероструктур, разрывах зон, природе примесей, механизмах релаксации, рекомбинации и локализации неравновесных носителей и экситонов. . 3. Конструкция я технология получения гетероструктур с размерным квантованием в одном, двух и трёх измерениях для приборов микро-и оптоэлектроники.
'Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзных и Международных конференциях и совещаниях: X Всесоюзной конференции по физике полупроводников (Минск, 1985г.) IV Всесоюзной конференции по физическим процессам в полупроводниковых гетероструктурах (Минск, 1988 г. ) IB Международной конференции по физике полупроводников (Стокгольм, 1386 г. )
II, III Международных симпозиумах по МПЭ (Франкфурт-на-Одере,
1987г. . Велико Тырново, 1989 г. )
Советско-японском симпозиуме по электронике (Москва, 1988 г.) 7-Я Всесоюзной конференции по росту кристаллов (Москва. 1988 г.) I всесоюзной конференция по физический основам твердотельной электроники (Ленинград, 1989 г.) 6-1 Международной конференции по МПЭ (Сан-Лиего, 1990 г.) 5-1 Международной конференции по модулированным полупроводниковым
структурам (Пара. 1991 Г.) Международной школе по оптическим свойствам полупроводников (Эри-чр 199Й г )
6-й Международной конференции по микроструктурам и микроприборам
(Сиам, 1992 г. ) 7-м Европейском симпозиуме по МПЗ (Бардонеккия, 1993 г.) 1-м Международном симпозиуме "Наноструктуры: физика и технология"
(Санкт-Петербург, 1993) 6-й Международной конференции по модулированным полупроводниковым
структурам (Гарниш-Партенкирхен, 1993) Результаты исследований опубликованы в 55 статьях.
