Введение к работе
Актуальность темы. Эпитаксиальные диэлектрические слои фторидов на полупроводниках привлекают значительное внимание ряда исследовательских групп, работающих в США, Японии, Франции, Швейцарии и других странах. Такой интерес к эпитаксиальным слоям фторидов связан как с уникальными свойствами фторидов, так и с широкими потенциальными возможностями их применения в опто- и микроэлектронике. Все они имеют кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку типа флюорита с параметрами решетки от 5.46 8 для CaF2, до 6.2 X для BaF2, весьма сходную с решетками алмаза и цинковой обманки, в которые кристаллизуется большинство наиболее важных для электроники полупроводников (si, соединения А в ). Использование твердых растворов этих фторидов позволяет непрерывно менять постоянную решетки в этом диапазоне и тем самым согласовывать их по постоянной решетки с различными полупроводниками. Фториды щелочноземельных металлов являются широкозонными диэлектриками и прозрачны в широкой области оптического спектра: от 0.2 мкм в ультрафиолетовой области до 12 мкм в инфракрасной. При комнатной температуре удельное сопротивление фторидов превышает Ю'3 - Ю'4 ом-см, диэлектрические проницаемости и показатели преломления весьма низки, что позволяет надеяться на высокое быстродействие приборов с изоляцией на их основе.
Цель настоящей диссертационной работы заключалась в разработке технологии эпитаксиального наращивания монокристаллических щелочноземельных фторидов для получения высококачественных гетероструктур фторид-полупроводник и изучении их свойств различными методами. Для достижения указанной цели в работе предполагалось решить следующие задачи:
-
Разработка оптимальных режимов роста эпитаксиальных пленок с использованием метода дифракции быстрых электронов (ДБЭ).
-
Изучение напряжений и дефектов в эпитаксиальных пленках фторидов с использованием примесного фотолюминесцентного зонда.
-
Исследование структур металл-фторид-полупроводник методом внутренней фотоэмиссии с целью определения величин разрывов зон в этих структурах и изучения возможностей их изменения.
- 4 -Основные положения выносимые на защиту и их новизна:
-
Разработаны и собраны уникальные малогабаритные установки для молекулярно-лучевой эпитаксии фторидов и полупроводников, на которых была отработана технология молекулярно-лучевой эпитаксии фторидов на кремнии и арсениде галлия, позволяющая контролировать процесс роста с точностью до монослоя.
-
Обнаружены и проанализированы осцилляции интенсивности дифракции быстрых электронов на отражение во время эпитакси-ального роста слоев CaF2 и SrF2. На основе полученных данных впервые определены критические толщины срыва псевдоморфного роста
SrF2 На Si(111) И CaF2(111).
-
Впервые выращены диэлектрические сверхрешетки в системе CaF2-SrF2 на арсениде галлия.
-
Разработана методика примесного люминесцентного зонда для оценки кристаллического качества и измерения упругих деформаций в эпитаксиальных слоях фторидов толщиной 6 - 1000 нм, выращенных на Si или GaAs. Впервые установлено, что путем выбора условий роста, удается выращивать как полностью, так и частично когерентные
Напряженные Структуры на Si(111) И GaAs(111)B.
-
Продемонстрирована возможность изучения распределения деформаций в слоях фторидов путем выращивания селективно легированных редкоземельными ионами по толщине эпитаксиальных слоев.
-
Создана технология выращивания методом молекулярно-лучевой эпитаксии высококачественных слоев фторидов на поверхности арсенида галлия, обладающих рекордно малыми для этой системы токами утечки порядка 10" "А/см2 в поле Ю5В/см и плотностью состояний на интерфейсе порядка 2-Юпсм~2эВ~1.
-
В структурах Аи/фторид/GaAs путем измерения внутреннего фотоэффекта показано наличие фотоинжекции электронов из GaAs в диэлектрик и впервые определена высота потенциального барьера на границе фторид-GaAs. Показана возможность управления высотой барьера с помощью легирования слоя фторида редкоземельными ионами
-
Обнаружено, что дефекты, образующиеся при релаксации упругих напряжений вблизи границы раздела CaF2/si оказывают существенное влияние на фундаментальную характеристику гетероперехода - высоту энергетического барьера.
Практическая значимость работы. Создана установка и разработана , технология выращивания эпитаксиальных слоев фторидов приборного качества, которые могут использоваться в перспективных элементах микро- и оптоэлектроники. Разработаны новые методики характеризации эпитаксиальных фторидов, позволяюцие получать ценную информацию о процессах роста и качестве гетеро-эпитаксиальных слоев. Апробация работы.
Результаты диссертационной работы докладывались на Симпозиуме по МЛЭ, Москва, 1988; на I Всесоюзной конференции по физическим основам твердотельной электроники, Ленинград, 1989; on Third International Symposium on MBE, Velico Tarnovo, Bulgaria, 1989; на IX Всесоюзном симпозиуме по спектроскопии кристаллов, активированных ионами редкоземельных и переходных металлов,
Ленинград, 1990; on VI International Conference on MBE, San
Diego, usa, 1990; на международной конференции ."Микроэлектро-ника-90", Минск, 1990; на I Международной конференции по приоритетным направлениям в научном приборостроении, Ленинград, 1991; on Sixth European Conference on MBE, Tampere, Finland, 1991; on 7th Biennial European Conference INFOS'91, Liverpool, UK, 1991; on First International Symposium on Atomically Controlled Surfaces and Interfaces, Tokyo, Japan, 1991.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 24 печатные работы.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 168 страниц, включающих 82 рисунков, 3 таблицы и список литературы из 82 наименований
