Введение к работе
Актуальность темы. Интерес к исследованиям с высоким пространственным разрешением электронных и структурных свойств границ раздела полупроводниковых гетероструктур обусловлен неполнотой наших представлений о процессах, развивающихся на поверхностях и границах раздела, по сравнению с большинством явлений, происходящих б объеме полупроводника. Кроме того, такие исследования являются важными'для дальнейшего быстрого и целенаправленного развития полупроводниковой технологии и прикладных задач электроники. Отличные возможности для изучения полупроводниковых гетероструктур открывает сравнительно молодой метод сканирующей туннельной микроскопии (СТМ). В сверхвысоковакуумных условиях метод СТМ позволяет судить об атомной структуре поверхности, следить за начальными, субмонослойными стадиями роста материала, влияющими на механизм дальнейшего послойного роста. СТМ поверхности скола уже выращенной структуры также на' атомном уровне дает информацию об однородности и резкости границ раздела, флуктуацнях состава, о величине разрывов зон на гетерограницах, а также об электронных свойствах гетерослоев, например типе и уровне легирования. Представляет интерес реализация возможностей СТМ в атмосферных условиях, где метод может быть удачно использован при исследованиях степени совершенства полупроводниковых структур.
В нашей работе в условиях комнатной атмосферы были исследованы границы раздела гетероструктур на основе InP, InAs, GaAs, ZnSe -соединений, которые широко используются в оптоэлектронике.
При проведении таких исследований остро встает вопрос о совершенствовании комнатных методик СТМ. В принципе, возможности СТМ должны позволять судить об изменениях в легировании л составе полупроводниковых структур. Ценность полученной информации, очевидно, прямо зависит от пространственного разрешения метода в атмбсферных условиях. Повышение разрешения требует усилий па развитию способов подготовки поверхности полупроводника для защиты от окисления. Основная трудность здесь состоит в том, что не существует универсачыюго способа и каждый конкретный полупроводник может требовать отдельного исследования.
Все вышесказанное определяет актуальность выполненной работы.
Цель работы состоит в развитии способов защиты поверхностей полупроводников от окисления и проведении в атмосферных условиях СТМ исследований поверхностей и іраниц раздела в гетероструктурах на основе InP, InAs GaAs, ZnSe. Для этого решались следующие задачи:
Разработка и изготовление сканирующего туннельного микроскопа, приспособленного для исследования сколов поверхностей гетероструктур.
Дальнейшее развитие способов подготовки поверхностей полупроводников, позволяющих вести в атмосферных условиях СТМ исследования с нанометровым плоскостным разрешением.
Проведение систематических исследований возникающих в нанометровом масштабе изменений в строении и электронных свойствах границ раздела в полупроводниковых гетероструктурах на основе соединений InP, InAs, GaAs, ZnSe.
Научная нсвизна работы.
Получено прямое подтверждение существования электронного слоя на интерфейсе Р-р-гетероструктуры GalnAsSb/InAs.
Впервые проведены СТМ исследования границ раздела в гетероструктурах ZnSe/GaAs.
Основные положения, выносимые на зашиту.
1. Для пассивированных поверхностей скола гетероструктур
соединений III-V, а также сколов гетероструктур соединений III-V и II-VI,
защищенных от окисления силиконовым маслом, механизм протекания
туннельного тока при контакте острия СТМ с полупроводником
уд злетворительно описывается в рамках теории структур металл-
диэлектрик-полупроводник (МДП).
-
При СТМ исследованиях поверхностей n-GaAs(HO) и (100) в электролитической ячейке (in-situ СТМ) кислая среда лучше защищает поверхность полупроводника от переокисления в растворе, чем щелочная.
-
В изотипных гетероструктурах р-типа GalnAsSb/InAs с высоким содержанием GaSb в четверном слое на гетерогранице со стороны p-InAs формируется слой электронов проводимости.
4. Несовершенство структуры слоев ZnSe вблизи гетерограницы
приводит к возникновению электрического барьера на гетеропереходе п-
ZnSe/n-GaAs.
-
Применение буферных слоев ВгТе улучшает структурную и электрическую однородность гетерограницы n-ZnSe/n-GaAs и способствует росту более совершенных слоев ZnSe.
-
Использование псевдорешетки BeTe-ZnSe на гетерогранпце р-ZnSe/p-GaAs способствует облегченному транспорту дырок через гетерограницу.
Достоверность и надежность результатов работы обеспечены
тщательностью разработки экспериментальных методик,
воспроизводимостью результатов измерений, хорошим согласованием с данными, полученными различными независимыми методами, а также с имеющимися литературными данными.
Научная и практическая значимость. В работе развиты способы защиты полупроводника от окисления, которые позволяют существенно повысить информативность СТМ исследований поверхностей соединений AiUBv и A"BV1 в атмосферных условиях, а именно: ІЧагБ-пассивапия поверхностей соединений на основе GaAs и InP, которая позволяет в атмосферных условиях с помощью СТМ выявлять в гетероструктурах этих соединений электрические и гетеропереходы с разрешением в плоскости менее 30 нм; метод скола образца в силиконовом масле, который может быть применен для защиты от окисления как поверхностей соединений AUIBV , так и поверхностей AnBVI, и который позволяет ведение СТМ исследований с разрешением в плоскости до 10 нм.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на научных семинарах ФТИ им.А.Ф.Иоффе, университета Париж-6 и университета г.Ульм, международных и всероссийских конференциях: NANO-II (Moscow, 1993); 2nd and 3d Int. Symposium on Nanostructures (St.Petersburg 1994,1995); ECOSS (Lille, 1995); ICPS23 (Berlin, 1996); ISCS23 (1996, St.Petersburg); РКФП2 (Зеленогорск, 1996).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, список которых приведен в конце автореферата*
Структура и объем диссертации. Диссертация состоят из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Она содержит 154 страницы машинописного текста, 44 рисунка на 44 страницах. Список цитируемой литературы содержит 114 наименований.
