Введение к работе
Актуальность.
На сегодняшний день базовым способом получения полупроводникоЕых прибороЕ на основе А3В5 в промышленной 'технологии массового производства являем шдкофазная эпитаксия (Ш). При создашь различных типов пр'боров микро- и оптозлектронкки, особенно основанных на структурах з кваятоворазмерными слоями (толцды активных слоев в десятки нанометров и менее), необходимо не только исследовать фундаментальные процессы 3 яхдкофазноЯ гетьроэпитапсии и оптимизировать условия роста шкнюолойшх кристаллов, но и сопоставлять аналитические л.геометрические ларамэтры структур с различным?, электрофизическиггл характеристиками приборов, изготавливаемых на их основе. Это, л частности, дает возмохкост.. ' делать выводы о механизмах протекания тока в многослойных субмшроняых структурах.' Дта решения этих научно и практически вгшіх задач на .первый план выдвигается развитие методов определения состаза тонких слоев, их '."олшпн и размеров переходных областей. Т.е. необходим контроль профиля рзспрэ деления состава по глубине с высоким пространстве ннш разрешением - вплоть до единиц манометров.
Здесь особую актуальность меег разработка и применение керазрущавдих методов. С одной стороны, п.кой юпод позволяет сохранять исходную структуру для издания ча ео основе прибора и последувдэго исследования его характеристик, с другой:, - позволяет кзовкчть разл'таных артефактов, связанных с прищмгсм гфофигарованяа по глубине, используемом в разрушающих методах (послойное растление образца), что позволяет пол/чать более иадеяьые результати и проводить более точные исследования.
.-4--
Цель работы.
Цэлыэ работы являлась дальнейшая разработка методики анализа профиля распределе.вдя состава по глубине; в многослойных гетерострукїурях, а также изучение с ее помощью процессов образования квантопо - размерных слоез при здкофазной эткаксии субмйкронных гэтероструктур и исследовани.1 влияния толщин . и состава слоев на характеристики приборов, получаояш. на их основе.
Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующих зздач:
1. Разработка методических приемов анализа профилей
распределения состава по глубине в многослойных AiGaAs- и
InGaAsP- гетероструятурах.
2. Исследование процессов образования тонких
нанометровкх слоев и переходннх областей , в
низко-температурной жидкофазной эштаксии (НГ ИЭ) AiGaAs -
гетероструктур как основы полупроводниковых-приборов.
3. , Исследования ' влияния толщин и состава слоев на
электрофизические характеристики структур и приборов на
ОСНОВе ТВерДЫХ растворов AiGaAs И InGaAsP.
Научная новизна.
Впервые экспериментально установлено, что мокеймум интенсивности электронной эмиссии наблюдается в направлении нормали к поверхности исследуемого образца при всех углах облучения от 1 до 20 как до края рентгеновского поглощения ( так и после края; при этом, при условии узкого телесного угла сбора оптимальной является регистрация эмиссии по нормали к поверхности образца.
Обнаружено, что при изучении многослойных структур на основе твердых рэстзорон замещения InGaAsP И A1G&A8 w/jiywA метрологические характеристики метода определения
прсфш состава го глубине; основанного на электронной эмиссия на крях поглощения рентгеновского излучения, достигаются при использовании отношения величины скачка исследуемого элемента к величыв скгчча другого элемента из состава того ке самого исследуемого образца.
Экспериментально получена диаграмма состояния системы Al-Ga-As (кривые солидуса ярд температуре згаиексии ниже 600*0), что позволяет контролируемо осуществлять низкотемпературную нидкофазвуа» этатаксию уль^ратонких слоев (толщиной до единиц ш) с заданным составом.
Показано, что ограничение ^фоточувствитольности гетерофотоприемников на основе АЮаАв- гетероструктур только коротковолновым участком спектра (X < Q.5 мкм) достигается уменьшением толщшы узкозонной поглощающей области до 6С-70 нм и увеличением содержаний А1Аз в этой области до 32-36 мол.?; повышение чувствительности в коротковолновой области спектра (А^ = 0.4 мкы) обеспечивается при толщине ширскозонного окна в 2С -: 40 ш.
Впервые экспериментально установлене, что концентрация двумерного электронного газа в inGaAa-M» - структура?, инвертированного типа падает . с уменьшением толщшы приповерхностного слоя inGaAs; при этом существует раздельная толщина слоя Т, при которой двумерная гфоводтиость исчезает и которая зависит от толщены спейсера inP (t) и концентрации донороЕ її, в отом слое (так, т-~0нм при t=I0HM и Nd'= I018 см-3 >.
Экспериментально подтверждена новая теоретическая модель, списывающая падение концентраций двумерного электрелого газа, основанная на перезарядке ,гкалкзог.а:шх состоянии на поверхности полупроводника по мере ее приближения к гетерогранице; сопоставление расчете с
-6-эксперимонтом позволило определить энергию ПИННИНГ8 уровня Ферми 0.3 t 0.05 эВ на поверхности 1г.0 ,J\&Q .„As.
Практическая значимость работы.
Полученные в настоящей работе данные по низкотемпературному участку Диаграммы состояний Ai-C-a-As были исполгзовань при разработке технологии выращяЕэния практически важных двойных гетерострукутр (ДТС) AlGaAs- GaAs методами низкотемпературной ЯФЭ. примененных,в частности,для получения эффжтивнш гетеропреобразователей в коротксЕолновой области (фиолетовой) солнечнего спектра. Определены1 предельные толщины активных слоев соликтивно-легированных гетэроструктур (СЛТС) iriP/lnGaAs, в которых наблюдается двумерный электронный, газ (2МЭГ)~ переспектиЕная основа для быстродействующих полевых транзисторов (ПТ), а также результаты работы использованы в технологии получения инфекционных гетеролазеров раздельного ограничения (РО) с рекордными характеристиками.
Защищаемые положения. I. При исследовании МНОГОСЛОЙНЫХ AlGaAs- И InGaABP-гетэроструктур наилучшие метрологические характеристики метода анализа состава го глубине, основанного на электронной эмиссии на краях рентгеновского поглощения, достигаются при регистрации эмиссии по нормали к поверхности образца и при использовании отношения величины скачка исследуемого элемента к величине скачка другого эле :ента из состава того ке самого исследуемого образца.
2. Экспериментально, полученная диаграмма состояния систем Al-Ga-As (кривые солидуса при температуре эпитаксии юьэ 600) позволяет контролируемо осуществлять
низкотемпературную .адкофазную эгытаксию ультратонккх слоев (толщиной до единиц нм)с зададим составом.
3. Пик чувствительности фотс'ітриемников на основе
AlGaAs- гетероструктур в коротковолрчвой' области спектра
7.тах=0.4мкм) обеспечивается при толцкие широкозокпого окна
в 20+40НМ, а ограничение фоточувотвитвльностк только
коротковслковым участком спектра (А. ^ О.Бксм) достигается
уменьшением толщины узкозонгай поглощающей области до
60-70НМ и увеличением содержания Alls в э"ой области до
32-ЗбмолД.
4. Концентрация двумерного электронного' газа в inGaAs-
1пР структурах инвертированного типа падает с уменьшением
толщины приповерхностного слоя imiaAs; при этом существует
предельная толщина приповерхностного слоя Т, при которой
двумерная проводимость исчезает и которпя зависит от толщины
спонсора inP (t) и концентрации доноров n? г этом слое (так,
Т=20нк; при t-lQm и Na= 1018см~3).
6. Значение энергии шннинга уровня Фэргли на
поверхности ln0 53Ga0 .Лі, определенное по
экспериментальной зависимости концентрации двумерного электронного газа от толщиш вэрхяэго слоя т.п -Ль0 /7As, равно 0.3 .+ О.ОбэВ.
Апробация работы.
Результаты работы .докладывались и обсухугялиеь не V-Воесоизной . конференщш по физическим процессам в полупроЕоддиковых гетерострукт;урах (Калуга, 1990), v\II -координационном совещании .то исслед. и применению тв.растворов кремний-германия (Ташкент, IS?i), научно-теоретической конференции молодых учених Наманганскгто Государственного Унийврсите\а (Наманган, 1992), пп їлом-
Международном конгрессе го рентгеновской оптике (Англия, Манчестер, 1992).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 7 научных работ, список которых приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из трех самостоятельных частей (каждая часть имеет свое, введение и заключение), общего введения и заключения (страниц, машинописного, текста 98, рисунков У_, таблиц ___, библиография включает ро наименований).
