Введение к работе
- Актуальность темы. Твердые растворы на основе соединений А В представляют собой пример неупорядоченных систем, в которых при сохранении тетраэдрической симметрии кристалличпской решетки в целом конфигурационный беспорядок реализуется в одной или нескольких кристаллических подрешетках. Колебательные спектры таких систем могут существенно отличаться от спектров идеальных кристаллов, в частности, характеризоваться многомодовым поведением оптических фононов. В исследованиях колебательных спектров эпитаксиальных слобв твердых растворов [I] используются в основном оптические методы, среди которых комбинационное рассеяние (КР) света занимает особое место, поскольку спектры КР содержат линии, непосредственно соответствующие длинноволновым оптическим фононам,и позволяют получать данные о частотах и затуханиях решеточных колебаний без математической обработки спектральной информации.
В легированных полупроводниковых кристаллах с частично ионной связью взаимодействие продольных оптических колебаний решетки с плазменными колебаниями свободных носителей заряда приводит к возникновению смешанных фонон-плазмонных мод (ФПМ) [2]. Наиболее детально КР ФПМ исследованы в спектрах КР бинарных полупроводников, имеющих единственный продольный оптический фонон [3]. Значительный интерес представляют исследования спектров КР на ФПМ полупроводниковых твердых растворов, поскольку такие соединения имеют более сложный спектр продольных оптических' фононов и позволяют варьировать параметры электронной и фоношюй систем за счет изменения соотношения бинарных компонентов. Кроме того, спектры КР ФПМ позволяют бесконтактно измерять концентрацию и подвижность свободных носителей при обеспечении высокой локальности, что является важным в свяпи с широким использоваїшем твердых растворов в приборах современной опто- и микроэлектроники.
Прогресс современной опто- и микроэлектроники связан с совершенствованием технологий получения многослойных приборных структур но основе твердых растворов, в особенности содержащих слои субмикронного диапазона толщин (вплоть до десятков ангстрем). При разработке и совершенствовании технологий
получения таких структур решающее значение имеет контроль геометрических (толщина и планарность) и электрофизических (состав, уровни легирования, подвижность носителей) параметров слоев твердого раствора. Широкие возможности для этого предоставляет спектроскопия комбинационного рассеяния света. Благодаря високим значениям сечения рассеяния света в полупроводниках, в спектрах КР возможно наблюдение линий от эгштаксиальных слоев толщиной несколько десятков ангстрем.
Полупроводниковые твердые растворы AlGaAs в настоящее время являются одним из наиболее широко используемых соединения в современных приборных структурах для микроэлектроники и на их основе создан целый ряд квантоворазмерных гетероструктур для инжекционшх ' лазеров, коротковолновых фотоприемников, транзисторов с высокой подвижностью. электронов и других. Современные технологии позволяют создавать эпитаксиальные слои AlGaAs высокого кристаллографического совершенства с заданным составом и содержанием легирующей примеси, что обеспечивает широкое разнообразие параметров исследуемых слоев и структур.
Цель работы заключалась в исследовании спектроЕ комбинационного рассеяния света на длинноволновых оптически* фононах и смешанных фонон-плазмонных модах в эгштаксиальных слоя* А1 Ga As в диапазоне составов х=0+1, а также в исследоввнт возможностей метода КР при определении геометрических і
ЭЛеКТрОфИЗИЧеСКИХ Параметров ГетерОСТруКТУР В СИСТеме AlGaAs-GaAs
с квантоворазмерными слоями.
Научная новизна и практическая ценность работы заключается і
TOM, ЧТО В НЄЙ Впервые На примере n-AlxGalxAs ЗКСПЄрИМЄНТОЛЬНО I
теоретически исследованы основные особенности спектров КР на ФГЙ в твердых растворах с ярко выраженным двухмодовым поведениеі оптических фононов и получены новые данные о параметра; длинноволновых оптических фононов и плазмонов в n-AixGa1_xAi (х=0.1-?0.9). На основе проведенных исследований предложены і апробированы методики измерения состава (с точностью до 2 мол.%) тох::и:н (с точностью до 5 ангстрем), концентрации и подвижност:
СБОбОД"\'Х Носителей (С ТОЧНОСТЬЮ ДО 20%) В AlGaA
гетєроструктурпх с квантоворазмерными слоями, а также ггрофил
распределения состава и легирующей примеси по толщине таких структур.
Основные положения, выносимые на защиту: I.B спектрах комбинационного рассеяния света двухмодовых твердых
Т7 ТЧ -Ч растворов n-AlxGa1_xAs (х=0.1+0.9, п=1Сг +10 СМ ) ПРОЯВЛЯЮТСЯ
полосы, обусловленные взаимодействием продольных оптических фононов AlxGa1_xAs с -плазменными колебаниями свободішх электронов. Число и форма этих полос существенным образом зависят от затухания плазмонов и волнового вектора рассеяния.
2.В диапазоне составов твердых растворов х=0.1+0.9 отношение интенсивностей линий продольных оптических фононов в спектрах КР может быть описано в рамках предположения об аддитивности вкладов элементарных ячеек aias- и GaAs-типов в электронную поляризуемость твердого раствора. В рамках данного предположения спектры КР твердых растворов позволяют определять коэффициенты Фауста-Генри бинарных компонент.
3.Спектры КР эпитаксиальных слоев AixGalxAs (х=0+1) могут быть
использованы для измерения содержания AlAs (в слоях толщиной
о более 40 А), а также локального бесконтактного определения
концентрации и подвижности свободішх носителей в диапазоне 0
п=І0І7+І020см~3, ц=20+2000 см2/В-с (в слоях толщиной более І000А).
4.Для AlGaAs-гетероструктур анализ спектров КР в сочетании с -
послойным анодным окислением позволяет обеспечить измерение
о толщин туннельно-тонких (>5 А) поверхностных широкозонных
слоев, а также профилей распределения AіAs по толщине слоев
о (d>40 А) и профилей распределения концентрации свободных
о носителей (d>1000 А).
Апробация работы. Результаты диссертационной работы
докладывались на XI Всесоюзной конференции по физике
полупроводников (Кишинев, 1988), I Всесоюзной конференции
"Физические основы твердотельной электроники" (Ленинград, 1989),
V Всесоюзной конференции по физическим процессам и
гетороструктурах (Калуга, 1990), и Всесоюзной конференции по
фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках (Ашхабад, 1991), їх Мевдуиародном совещании по фотоэлектрическим явлениям в твердых телах (Варна, 1989), vin Международной конференции по тройным и многокомпонентным соединешям (Кишинев, 1990), Международной конференции по оптическим методам исследования полупроводников (София, 1990).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 20 печатных работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Общий объем диссертации составляет 127 страниц, из которых 87 страниц машинописного текста, 31 страница с рисунками, 9 таблиц. Список литературы насчитывает 99 наименований.