Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Исследование напряжений и деформаций в гетероструктурах (Литературный обзор).
1.1. Методы исследования напряжений и деформаций в гетероструктурах 16
I. I. I Причины деформации гетерокомпозиций 16
1.1.2. Методы определения упругих налряжений в гетеро-структурах 17
1.1.3. Методы исследования пластической деформации в гетероструктурах 22
1.2. Электронно-зондовые исследования деформированного
состояния гетероструктур 25
1.2.1. Применение метода Косселя для исследования кристаллического совершенства гетероструктур 25
1.2.2. Методы визуализации дефектов полупроводниковых гетероструктур в электронно-зондовом приборе.. 28
1.3. Результаты исследования упруго-пластической деформации в гетероструктурах на основе соединений
I.3I. Теоретические модели релаксации упругих напряжений в гетероструктурах . 29
1.3.2. Экспериментальные исследования аккомодации несоответствия постоянных решетки в гетероструктурах на основе соединений АВ 32
1.4. Выводы и постановка задачи 36
Глава 2. Комплекс методов исследования деформированного состояния в приборе .
2.1. Особенности деформированного состояния гетероструктур 40
2.2. Модели деформированного состояния гетерокомпозипий 42
2.3. Применение метода ШРП для определения параметров деформированного состояния гетероструктур 47
2.3.1. Выбор метода рентгеноструктурных исследований 47
2.3.2. Определение величины НПР методом ШРП 49
2.3.3. Точность метода определения величины несоответствия постоянных решетки 56
2.3.4. Определение параметров деформированного состояния ГС методом ШРП 62
2.3.5. Оцределение НРП свободного (недеформированного ) эпитаксиального слоя и подложки 69
2.3.6. Реализация метода ШРП в электронно-зондовом приборе и его экспериментальная проверка 70
2.4. Определение параметров деформированного состояния ГС в широком интервале температур 75
2.4.1. Определение различия КТР, термических напряжений и деформаций в ГС 77
2.4.2. Реализация метода ШРП в широком интервале температур в электронно-зондовом приборе 79
2.5. Рентгенотопографические исследования методом ШРП 81
2.6. Оцределение распределения постоянной решетки по толщине ГС методом ШРП 85
2.7. Заключение и выводы 88
Глава 3. Определение некоторых основных параметров материалов гетероструктур на основе соединений khb .
3.1. Основные кристаллографические параметры материалов полупроводниковых ГС 90
3.2. Определение постоянной решетки и КЕР твердых растворов Mx&ai-xP (0^2^1) 92
3.3. Определение концентрационной зависимости постоянной решетки твердых растворов MJhhlx
3.3.1. Экспериментальные результаты 100
3.3.2. Теоретическая модель . 104
3.4. Определение КГР материалов полупроводниковых гетероструктур 108
Глава 4. Определение параметров деформированного состояния полупроводниковых гетероструктур на основе соединений
4.1. Основные задачи исследований деформированного состояния полупроводниковых ГС 115
4.2. Типы деформированного состояния ГС 117
4.3. Результаты исследований деформированного состояния полупроводниковых ГС 119
4.3.1. Гетероструктуры, имеющие только напряжения несоответствия 119
4.3.2. Гетероструктуры в системах АЕВ5- GalP 124
4.3.3. Гетероструктуры на основе многокомпонентных твердых растворов 131
4.4. Соотношение упругой и пластической деформации в гетеро структурах на основе соединений А^ и их твердых растворов 136
4.5. Влияние термических напряжений на совершенство полупроводниковых ГС 147
Глава 5. Влияние деформированного состояния на люминесцентные свойства гетеростржгур на основе соединений
5.1. Механизмы рекомбинации носителей заряда в полупроводниковых гетероструктурах 149
5.2. Влияние деформированного состояния на квантовый выход излучательной рекомбинации в ГС на основе соединений
5.2.1. Внутренний квантовый выход в ДГС 151
5.2.2. Внешний квантовый выход и пороговые плотности тока лазеров в ДГС InP-falnAsP 156
5.3. Изучение рекомбинационной активности дислокаций несоответствия в ГС методом МЮІ 160
5.3.1. Существующие модели 160
5.3.2. Распределение интенсивности сигнала катодолюминесценции вблизи дислокации несоответствия 162
5.3.3. Зависимость контраста на дислокации от уровня возбуждения 166
5.4. Влияние упругой деформации на люминесцентные свойства ГС 170
Заключение 174
Список литературы
- Методы определения упругих налряжений в гетеро-структурах
- Применение метода ШРП для определения параметров деформированного состояния гетероструктур
- Определение концентрационной зависимости постоянной решетки твердых растворов MJhhlx
- Гетероструктуры, имеющие только напряжения несоответствия
Введение к работе
Одним из наиболее перспективных направлений в физике полупроводников в настоящее время является полупроводниковая оптоэлектроника - область физики и техники, связанная со взаимным преобразованием оптических и электрических сигналов в полупроводниковых материалах, в основе которого лежит взаимодействие между электромагнитным излучением и электронами в твердом теле. Создание и широкое применение приборов полупроводниковой оптоэлектроники в самых различных областях народного хозяйства, таких как связь, вычислительная техника, преобразование солнечной энергии, стало возможным благодаря двум основным научным достижениям в физике полупроводников: получение и исследование полупроводниковых материалов А°ТЗ и твердых растворов на их основе /22/ и предсказание /7/, а затем и экспериментальное исследование /4/ уникальных свойств гетеропереходов, созданных в этих материалах. Полупроводниковые гетероструктуры на основе соединений АгЕг нашли самое широкое применение в области создания и производства оптоэлектронных приборов: полупроводниковых гетеролазеров, светодиодов, фотоприемников различного назначения /2/.
Однако преимущества ГС, связанные с их уникальными физическими свойствами могут быть полностью реализованы только в "идеальных" с кристаллографической точки зрения гетеропереходах,т.е в случае контакта на гетерогранице материалов, свободных от дефектов структуры, с равными постоянными решетки при температуре работы. В реальных гетерокомпозициях, как правило, имеет место различие постоянных решетки и КТР контактирующих материалов, что является основной причиной деформированного состояния ГС. Все основные электро-физические свойства приборов оптоэлектроники и исходных гетероэпитаксиальных структур, из которых эти приборы изготовлены, существенно зависят от параметров деформированного состояния, т.е. состояния упруго-пластической деформации. К этим параметрам относятся: величина несоответствия постоянных решетки в различных кристаллографических направлениях, величины упругих деформаций и напряжений, плотность и тип дислокаций и других дефектов в эпитаксиальных пленках гетерокомпозиций. Степень влияния деформированного состояния на характеристики полупроводниковых ГС определяется типом гетероструктуры, ее функциональным назначением и химическим составом материалов, составляющих гетерокомпозицию. Так, например, в ГС на основе твердых растворов АЦв - (raAs , нашедешх широкое применение для изготовления инжекционных гетеролазеров, светодиодов, фото преобразователей, имеет место совпадение постоянных решетки при температурах выращивания при любом содержании At в твердом растворе, что приводит , как правило, только к упругой деформации эпитаксиальных пленок гетерокомпозиций.
В настоящее время существенное расширение спектрального диапазона и, следовательно, области применения оптоэлектронных приборов стало возможным благодаря использованию гетероструктур на основе многокомпонентных твердых растворов соединений АЧВ /51/ Деформированное состояние таких гетероструктур является существенно более сложным - наряду с упругой деформацией имеет место генерация дислокаций и других дефектов в эпитаксиальных слоях структур, поскольку совпадение постоянных решетки при температу - g pax выращивания не является гарантированным и определяется уровнем технологии выращивания гетерокомпозиций. Поскольку для создания большинства оптоэлектронных приборов используются ГС с эпитаксиальными слоями, толщина которых сравнима с диффузионными длинами носителей заряда, дефекты в области гетеропереходов существенно снижают эффективность этих приборов, уменьшают срок их службы, а в ряде случаев делают невозможным функционирование прибора (например, достижение стимулированного излучения в ин-жекционных гетеролазерах).
В связи с этим большое практическое значение имеют исследования закономерностей развития упругой и пластической деформации в ГС и влияния деформированного состояния на электрофизические свойства материалов и приборов из них изготовленных.
В то же время весьма актуальной является проблема разработки новых методов исследования деформированного состояния полупроводниковых гетерокомпозиций, удовлетворяющих двум основным требованиям, связанным с особенностями исследуемых объектов: локальность и комплексность. Одним из наиболее перспективных методов с этой точки зрения является электронно-зондовый метод, реализованный в растровых электронных микроскопах и растровых электронных микроскопах-микроанализаторах /31/. Высокая локальность этого метода основана на малых размерах области взаимодействия сфокусированного электронного пучка с исследуемым полупроводниковым материалом (в зависимости от вида регистрируемого сигнала характерный размер этой области оставляет 10 & 10 "9 м). а возможность проведения комплексного неразрушающего анализа связана с многообразием физических эффектов, возникающих при этом взаимодействии.
Для исследования полупроводниковых материалов используются сигналы характеристического рентгеновского излучения (определение химического состава), отраженных, поглощенных, вторичных электронов, сигналы, индуцированного тока в статическом и динамическом режимах. Дифракция электронов и дифракция расходящегося пучка рентгеновских лучей, возбуждаемого электронным зондом (метод Косселя) могут быть использованы для определения кристаллографических параметров исследуемых материалов. Однако, применение вышеперечисленных методов для изучения ГС требует разработки специальных методик, учитывающих специфические особенности таких сложных объектов, какими являются ге-терокомпозиции. Так, исследования кристаллографического совершенства гетероструктур, находящихся, как правило, в состоянии упруго-пластической деформации, потребовало разработки комплекса специальных рентгенодифракционных методов, реализованных в электронно-зондовых приборах и позволяющих существенно расширить возможности этих приборов.
Настоящая диссертационная работа посвящена разработке и реализации в электронно-зондовых приборах комплекса рентгенодифракционных методов исследования полупроводниковых ГС на основе со-единений А В , а также применению разработанных методов для исследования деформированного состояния ГС и его влияния на люминесцентные свойства материалов и приборов оптоэлектроники.
Диссертация состоит из пяти глав.
Первая глава содержит литературный обзор по методам и результатам исследований деформированного состояния гетерокомпо-зиций. Отдельно рассмотрены электронно-зондовые методы исследования кристаллического совершенства гетероструктур. Наряду с экспериментальными работами проведен краткий обзор современного состояния теории по вопросам деформированного состояния материалов с гетеропереходами.
Во второй главе рассматривается разработанный комплекс рентгенодифракционных методов, включающий метод определения параметров деформированного состояния в тонких эпитаксиальных пленках, методику рентгенодифракционных исследований в широком интервале температур, метод рентгеновской топографии в широкорас-ходящемся пучке рентгеновских лучей и методику определения распределения величины постоянной решетки по толщине гетерокомпо-зиции. Предложена модель деформированного состояния гетероком-позиции, учитывающая как наличие дислокаций несоответствия, так
и изгиб гетероструктуры как целого. Теоретические расчеты прове 3 5 дены с учетом анизотропии упругих свойств соединений А В и их твердых растворов.
Рассматриваются конструкции приставок и устройств для реализации разработанных методов в электронно-зондовых приборах отечественного и импортного производства. В заключении главы проведена экспериментальная проверка разработанных методик, путем сравнения результатов с данными, полученными независимыми методами, в частности, методом двухкристального дифрактометра.
Разработанные методы вместе с другими электронно-зондовы-ми методами используются в настоящей диссертационной работе для исследования различных аспектов деформированного состояния полупроводниковых ГС на основе соединений АЧЗ • Результаты исследований изложены в третьей, четвертой и пятой главах.
В третьей главе приведены результаты определения некоторых основных кристаллографических параметров полупроводниковых материалов, используемых для создания ГС и приборов на их основе. Развит общих подход к определению постоянной решетки, КГР и их концентрационной зависимости в эпитаксиальных пленках твердых растворов соединений А В с учетом их деформированного состояния и анизотропии упругих свойств. Эти результаты, имея большое самостоятельное значение для оптимизации кристаллографического совершенства гетероструктур, используются в дальнейшем при анализе соотношения упругой и пластической деформации в исследуемых гетеро К0МП03ИЦИЯХ.
Четвертая глава посвящена изучению закономерностей упруго-пластической деформации ГС. На основе исследования широкого круга гетерокомпозиций, как модельных, так и имеющих приборное значение, определены основные закономерности релаксации упругих напряжений в гетероструктурах с образованием дислокаций несоответствия в эпитаксиальных пленках. Для различных гетероэпитаксиальных систем определены критические величины несоответствия постоянных решетки при температуре выращивания, при которых ; начинается генерация дислокаций. Исследования гетероструктур методами ми-крокатодолюминесценции, индуцированного тока, рентгеновской топографии, просвечивающей электронной микроскопии позволили изучить основные механизмы генерации дислокаций на различных стадиях пластической деформации гетероструктур.
В пятой главе рассматривается влияние деформированного со-стояния на люминесцентные свойства ГС на основе соединений А В и их твердых растворов.
Показано, что даже начальная стадия пластической деформации существенно снижает внутренний квантовый выход излучатель-ной рекомбинации как в модельных, так и в используемых на практике ГС, при этом пороговые плотности тока лазеров, созданных на основе таких структур возрастают с увеличением количества ДН, находящихся в активной области.
Проведены исследования механизма рекомбинационной активности отдельных дислокаций, при этом показано, что основной причиной безызлучательной рекомбинации на дислокации является скопление вокруг нее центров безызлучательной рекомбинации из объема эпитаксиальной пленки при температурах, близких к температуре выращивания.
Приведены результаты исследований влияния упругих напряжений на ширину запрещенной зоны эпитаксиальных пленок ГС на основе соединений
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Разработанный комплекс рентгенодифракционных методов, реализованный в электронно-зондовом приборе, позволяет однозначно и локально определить параметры деформированного состояния полупроводниковых гетероструктур.
2. Для определения постоянной решетки эпитаксиального слоя ге-тероструктуры в свободном состоянии необходимо и достаточно определить несоответствие постоянных решетки слоя и подложки в направлениях перпендикулярном и параллельном гетерогра-нице, независимо от соотношения толщин пленки и подложки и наличия ДН в области гетероперехода.
3. В полупроводниковых гетероструктурах существуют две критические величины несоответствия постоянных решётки, определяющие релаксацию упругих напряжений, из которых одна соответствует началу пластической деформации {f 1), а другая - достижению при температуре выращивания критических скалывающих напряжений, приводящих к интенсивной генерации дислокаций Чкр.2 •
4. В полупроводниковых гетероструктурах на основе соединений ATJ , полученных методом ЖФЭ, степень пластической деформации не превышает 10-20$ в интервале несоответствия постоянных решётки f f a 5. Дислокации несоответствия в активной области двойных гетеро-структур снижают внутренний квантовый выход излучательной рекомбинации в 2+4 раза даже при небольшой линейной плотности
ML = (0,5 3,0)-103 см"1.
6. Рекомбинационная активность дислокаций несоответствия в гетероструктурах соединений А г обусловлена скоплением центров без излучательной рекомбинации вблизи дислокации в области размером несколько микрон, при этом без излучательной канал рекомбинации, связанный с дислокациями не насыщается вплоть до лазерных уровней возбуждения.
Кроме того на защиту выносятся:
7. Методика определения деформаций и напряжений в ГС методом ШШ в широком диапазоне температур, учитывающая изгиб гете-рокомпозиции и наличие ДН на гетерогранице.
8. Методика рентгенотопографических исследований в широко расходящемся пучке рентгеновских лучей с рентгеновским увеличени - 15 ем от двух до десяти. 9U Методика определения распределения постоянной решетки по толщине эпитаксиального слоя гетерокомпозиций.
Работа выполнена в лаборатории контактных явлений в полупроводниках Физико-технического института им.А.Ф.Иоффе АН СССР.
Методы определения упругих налряжений в гетеро-структурах
Все используемые методы определения упругих напряжений в эпитаксиальных слоях ГС могут быть разделены на прямые и косвенные. Прямые методы основаны на определении межплоскостных расстояний в кристаллической решетке путем дифракции рентгеновских лучей или пучка электронов на различных системах плоскостей в кристалле, напряжения и деформации могут быть затем определены в соответствии с принятой моделью деформированного состояния.
Косвенные методы основаны на вторичных эффектах, возникающих вследствие деформации ГС:
1. Изгиб гетероструктуры. В этом случае определение радиуса кривизны структуры в принципе позволяет рассчитать упругие напряжения в эпитаксиальном слое и подложке. Для измерения радиуса кривизны используются как рентгеновские методики /42,46, 110,113/, так и методики оптической интерферометрии /47,57/, оптической микроскопии /21/, используются также измерения индуктивности и емкости /23,105/.
2. Изменение зонной структуры материалов ГС вследствие деформации. Так, для определения упругих напряжений использовались расщепление экситонных линий фотолюминесценции / 63/,сдвиг края поглощения /131/, совсем недавно была продемонстрирована возможность определения упругих напряжений в эпитаксиальных пленках ГС путем измерения степени поляризации фото- или электролюминесценции /12/. Однако, эти методы не являются универсальными, т.е. могут быть применены к ГС определенного типа, кроме того, в большинстве случаев они требуют калибровки с помощью независимого метода определения напряжений.
В большинстве экспериментальных работ используются методы измерения напряжений и деформаций по радиусу кривизны гетеро-комлозиции и прямые методы определения межплоскостных расстояний в деформированных слоях ГС, в связи с чем представляется необходимым рассмотреть их более подробно.
Метод измерения радиуса кривизны гетерокомпозиции основан на соотношении теории упругости для изотропного эпитаксиального слоя толщиной їс и подложки толщиной in /42/: где 6"tf - напряжение в эпитаксиальном слое; Е , V - модуль Юнга и коэффицеент Пуассона, Я - радиус кривизны системы слой-подложка. Напряжения в подложке вблизи гетерограницы выражаются в этом случае:
Эти выражения неоднократно модифицировались для применения их к многослойным гетерокомпозициям /103/, к слоям переменного состава /116/, однако всем этим методам присущи недостатки, связанные, во-первых, с невысокой точностью определения напряжений по формулам типа (1.2) вследствие ошибок в определении толщин тонких эпитаксиальных слоев (в реальных гетероструктурах толщина слоя может меняться по площади исследуемого образца), а во-вторых, с ошибками, возникающими из-за неучета реальной дислокационной структуры гетерокомпозиций. Как показано Тхориком на изгиб системы существенным образом может влиять пластическая деформация нак эпитаксиального слоя, так и подложки /45/. В работе /114/ показано, что при наличии на гетерогранице однонаправленного ряда ДН изгиб может быть не сферическим, а цилиндрическим. Очевидно, возможны и некоторые промежуточные случаи. Таким образом, определение упругих напряжений в гетероструктурах по измерениям радиуса кривизны нельзя считать полностью надеж І ным.
Применение метода ШРП для определения параметров деформированного состояния гетероструктур
Как показано в Главе I применение метода Косселя и его разновидности метода ШРП для исследования полупроводниковых гетероструктур к началу данной работы носили крайне ограниченный характер. При выборе метода рентгеноструктурных исследований мы руководствовались следующими соображениями:
а) Применение истинно-косселевского метода для исследования ГС затруднено, поскольку материалы гетерокомпозиций имеют сложный химический состав, что приводит с одной стороны к уменьшению интенсивности используемого для дифракции характеристического рентгеновского излучения, а с другой, к появлению в спектре большого числа длин волн различных элементов, что существенно усложняет дифракционную картину. При этом истинно-косселев ский метод не позволяет варьировать длину волны излучения, что необходимо для выбора оптимальных рефлексов.
б) Эти недостатки в какой-то степени устраняет псевдо-косселев ский метод, однако его применение связано со специальной под готовкой образцов - напылением или приклеиванием фольг, что не позволяет использовать образцы для других исследований. Оба эти метода обладают весьма малым соотношением сигнал/ фон, а в случае съемки на отражение требуют использования фильтров или отклоняющих систем для отраженных электронов, что значительно усложняет аппаратуру.
в) По-видимому, оптимальным для реализации в электронно-зондовом приборе является метод ШРП на отражение, который характеризу ется достоинствами: 1. Высокая интенсивность используемого характеристического рентгеновского излучения и хорошее соотношение сигнал/фон (имеется возможность использования фильтров тормозного спектра). 2. Возможность варьирования используемого характеристического излучения. 3. При исследовании ГС отпадает необходимость специальной подготовки образцов. 4. Как будет показано ниже локальность метода ШРП при исследовании ГС не уступает локальности истинно- и псевдокосселевского методов, при этом информация может быть получена одновременно от большого числа точек гетероструктуры или даже от нескольких ГС.
Схема дифракции ШРП рентгеновских лучей на монокристалле представлена на рисунке 2.2. Точечный источник рентгеновского излучения длиной волны Я расположен на расстоянии Н от образца. Пусть имеет место дифракция рентгеновских лучей на системе плоскостей (h к 1} , составляющих угол у с поверхностью образца и имеющих межплоскостное расстояние d , Уравнение дифракционной линии, полученной в плоскости регистрации на расстоянии п от источника, параллельной поверхности образца, в полярных координатах имеет вид /18/: где i - радиус вектор точки на дифракционной картине, начало которого находится в месте пересечения оси, проходящей через ис точник и плоскости регистрации, в = arcs in - _ угол Брэг га, р - текущий угол в плоскости регистрации. Преобразуя (2.12) в декартовы координаты, получим:
В отличии от уравнений дифракционных линий в истиннно-и псевдо-косселевском методах, которые описывают конические сечения (урав нения 2-го порядка), в случае метода ШРП уравнения дифракционных линий описывают кривые 4-го порядка: при у В - так называемые псевдоэллипсы , а при у В - псевдогиперболы. Поскольку на практике, как правило, у В , рассмотрим более подробно этот случай. Для большой полуоси псевдоэллипса из (2.12), получаем соотношение
Определение концентрационной зависимости постоянной решетки твердых растворов MJhhlx
На точность определения величины НПР методом ШРП по вышеизложенной методике влияют следующие погрешности: Погрешность измерений величины (!) на рентгенограмме. Положение дифракционной линии определяется на компараторе с некоторой среднеквадратичной ошибкой р . Тогда, очевидно, относительная ошибка определения отношения двух расстояний имеет вид:
Воспользовавшись формулами (2.14), (2.16) для случая к- о , можно получить погрешность определения величины НПР: Оценим погрешность измерений для симметричного случая у- о :
Как правило, для реальных ГС величина У находится в диапазоне 0 1о/ 3 . В этом случае для достижения точности определения НПР угол дифракции должен лежать в ди
Вид функции Jff/J для отражений: I) подложка GaA& (100), излучение Ті К ,рефлекс (400). 2) подложка GaAs (Ш), излучение СиК , рефлекс (711). (а) - точный расчёт, (б) - линейная апроксимация функцией апазоне 65 # 85 (при р » + 3 мкм), Н = 10 15 мм). Расчет на ЭВМ показывает, что эти выводы справедливы и для антисимметричного случая (у 0 ), если соблюдается соотношение
Таким образом, абсолютная погрешность определения различия межплоскостных расстояний в эпитаксиальном слое и подложке составляет, как правило, &(&d) =: + 0,00002 0,00004 нм, что не уступает точности измерения межплоскостных расстояний на ди-фрактометре /67,53/.
Дифракционные картины от слоя и подложки формируются в областях кристалла, расстояния которых от источника излучения различаются на толщину слоя tc . В этом случае систематическая ошибка определения НПР имеет вид: JV И i + t tf/ifQ H l i+tfQ/tffJ (2.23) Максимальная ошибка имеет место при у =0 : bfi Н (2.24) и при используемых углах дифракции 65 8 85 и расстояниях Н =I0rI5 мм не превышает погрешность измерений при е 5 мкм. При больших толщинах слоя эта систематическая ошибка может быть учтена в результатах измерений. . Погрешности, связанные с нарушением геометрии экспери мента.
Для практической реализации метода ШРП в электронно-зон-довых приборах необходимо выполнить два основных требования: а) Поверхность исследуемого объекта должна быть параллельна плоскости регистрации. б) Для антисимметричного случая ( f± 0 ) источник излучения должен находиться в плоскости регистрации. Рассмотрим погрешности, возникающие при неточном соблюдении геометрических условий эксперимента. а) Пусть поверхность ГС составляет малый угол с плос костью регистрации. Тогда выражение для большой полуости псевдо эллипса имеет вид: в последнем члене соответствуют различным концам полуоси. Возникающую при измерениях относительную погрешность можно получить в виде: построена на рисунке 2.6(a) и, как следует из рисунка, в диапазоне углов у +10 В 85 Q (В, у) 5Q. Тогда в наиболее неблагоприятном случае ( У — З, Д Л =2,5 -Ю"3 относительная погрешность измерений не превышает 1%% если угол d не больше 1,5 2, что легко достигается в эксперименте. б) Пусть источник сдвинут от плоскости регистрации на не которое малое расстояние k . Возникающая в этом случае относи тельная погрешность имеет вид:
Гетероструктуры, имеющие только напряжения несоответствия
При разработке оптоэлектронных и микроэлектронных приборов на основе полупроводниковых ГС необходимо иметь информацию о следующих основных кристаллографических параметрах используемых материалов: 1. Постоянные решетки и КТР бинарных соединений. 2. Концентрационные зависимости постоянных решетки и КТР твердых растворов на основе этих соединений.
Потенциальная важность соединений А-\В для создания полупроводниковых приборов вызвали в конце 50-х, начале 60-х годов стремительный рост числа публикаций, посвященных исследованию их 3 5 свойств. В настоящее время для большинства соединений А В хорошо установлены как электрофизические, так и основные кристаллографические параметры, за исключением значений КТР, по которым часто встречаются противоречивые данные (см. таблицу 3.1). йн 3 5 тенсивное изучение свойств твердых растворов соединений А В также позволило установить концентрационные зависимовти ширины запрещенной зоны, постоянной решетки и других параметров для большинства используемых на практике материалов ГС /30/.
В то же время, некоторые трудности возникают при определении кристаллографических постоянных соединений А В , которые не могут быть получены в виде монокристалла при комнатной температуре и быстро разлагаются в присутствии кислорода. Это относится прежде всего к соединениям №J\s и MP . Сяздание и широкое применение ГС в системе GaAs -MX&QJ.XAS позволило исследовать свойства твердых растворов ktx .xh вплоть до х = 0,9, что дало возможность с помощью экстраполяции определить постоянную решетки klks /SI/. Однако, тот факт, что эпитаксиальные пленки ГС находятся в деформированном состоянии, в ряде работ не учитывался, что приводило к существенным ошибкам при определении постоянной решетки Mhs (см., например, /29/).
Как показано в Главе 2, для определения постоянной решетки и КТР материалов, выращенных в виде тонкой эпитаксиальной пленки на подложке необходимо учитывать ее деформированную кристаллическую структуру.
Мы использовали разработанные выше методики определения параметров деформированного состояния методом ШПР в электронно--зондовом приборе для определения основных кристаллографических постоянных ряда полупроводниковых материалов, данные о которых в известной нам литературе либо отсутствовали, либо имели существенный разброс. Основные результаты данной главы опубликованы в работах /7й,8й,9й,10й,IIй,13й,14й,19й/.
В настоящее время использование твердых растворов кіх а Р выращенных на подложке &&Р представляет значительный интерес для создания оптоэлектронных приборов (светодиодов, фотоприемников) в ультрафиолетовой области спектра /8/. Совершенство струк - 93 тур, изготовленных на основе такого твердого раствора в первую очередь определяется соответствием постоянных и КТР бинарных соединений GaP и АІР .
К началу настоящей работы литературные данные по постоянной решетки АІР были весьма противоречивы, а информация о КТР А19 практически отсутствовала. Наблюдался также существенный разброс значений КТР 6пР /28,89/. Согласно работе /50/постоянная решетки АІР близка к GaP и составляет 0,54-51 нм, в то же время в работах /72,128/ получены значения CLA(p = 0,54-62 нм /72/ и dm- 0,5467 /128/. В известных обзорных работах /30,32/, посвя Ъ 5 щенных свойствам полупроводников А В приводятся данные самой ранней работы /50/.
Исследования параметров элементарной ячейки эпитаксиальных слоев AtSaP, выращенных на подложке GaP /ІЗ/ показало, что они существенно различаются, однако величина постоянной решетки твердого раствора ошибочно была определена без учета деформированного состояния слоя.
Для проведения измерений нами использовались ГС GaP- MSaP выращенные методом кидкофазной эпитаксии на подложке ft-GaP Т7 -7) (100) ( /I = 5-10і см ). Толщина слоев составляла 2 -І- 3 микрона, а подложки tn = 400 мкм. Концентрация носителей в эпитак то _-z спальных пленках не превышала-I01 см .
