Введение к работе
Актуальность тенч. Одной из зодач современной микроэлект-шкп является ігоенмєні'о быстродействия активних элементов гегралышх микросхем. Наибольший интерес в ртом направлении здстакляют исследования полосах готогоструктур на основе тупроюднпковнх соединений с гисокой подвп"'.постьэ носителей ряда и с наиболее долнкм соответствием параглэтров кристал-чесіаїх розеток контактпру""днх материалов в готсроструктурах па металл - днолоктркк - глмашрогодккх ("Jljl). Ранее била капана возможность нсиоль;.ог-;:;т;і г. кал а с?1.? а дизіоктрнкл к Л-структурах слоев зксок^у "кт; і;'лунгзплккгої:^:: материалов г ілднкей менг-мсй сбо''де"':: і :',~:н'ч sir лгирова.';:;:: а них'
'< і,; ). І!:- кг:.:: лаа. н :'есе--'' полупрегг.ддкхаіікх Є0'~дл-:;: ;v: і -тих пглеіі м.'гут <';;;'ь ::!г:алт.ес^аіпг кр::еї:и!ЛНчасхко ";о::!еш:.ч па класса ал:ла?оподобішх полупроводников Л^аіо1, з ;a'::',,:.:'.o/. ;:одра;:?т:'.о ко герм:: а; сті: уздов 0:Г:"!:л;и.л иезаня-і.':. Іїалккно от:;:: гакакскй определяется вк!глі;е;;:;см валентних :.іг"і:Л, п кх принято називать стгхиокзтркл:сххмл вакансиями, полно:.! соответствии с коватептчой.схемой соединений .такого іпасгсхиомотрпческлс вакансии яатяютея электрически цент— иькккн и лимега каких-либо акцепторішх пли донэрннх свойств.' і основе изучения механизма растворения примесей зполупро-)днп::ах таїсого типа доказано, что прпместше атоі-і внедряются ропйтку в неионнзованном состоянии и, естественно, не соз-їзт электронно.'} или із.'рочноі; проводимости. Полупроводшікл со [ехпометрическики вакансиями характеризуются сравнительно J3ko;i подеішностью свободных носителей заряда (до 30 смл.З .сек ), что является благоприятна; фактором для .;еньпення сквозных токов в структурах типа '.іП'П (где П' -ю;'і дефектного полупроводника), -л" тому ;;:о, полупроводники с З'уєктнОіі кристатдической структурой обладают высокой радла-гокно.'ї стойкостью.
Для повышения бистро действия активных элементов полевых ікроатектрошшх приборов необходимо обеспечить снй.т.еіше ;овия плотности локализованных состояний на границе диалект- . :к - полупроводник. В структурах ArjBg - А В это достигает-'. ї за счет подбора материатов пленки и подлоеіш с целью обес-зченпя максимального соответствия параметров решеток.
Исследование химического состава, структуры, электрофизических свойств позволяют объяснить физико-химические и электрические явления, происходящие в данных системах, установить основные'закономерности формирования слоев с целью оптишза -ции параметров технологических процессов их получения. Таким образом, тема диссертационной работы, посвященной исследованию условий получения и свойств гетероструктур на основе полупроводниковых соединении типа АоВу , является актуальной.
.Цель работа. Исследование условий формирования гетероструктур со слоями соединений AJgiig на подложках In As, . , Ga/ls и Si .
Задачи работы вытекают непосредственно из цели:
-
Выбор геторо-пар для исследований, удовлетворяющих требованиям максимального соответствия параметров кристаллических решеток.
-
Исследование процессов гетеровалентного замещения в полупроводниках A If . Разработка методов получения слоев соединений ЛгЙд- с использованием процессов гетеровалентного замещения' и оешкдения из газовой фазы регулируемого состава.
3.. Разработка методик для комплексного исследования структуры и элементного состава тонких пленок AgBg в полученных гетеро структурах. Научная новизна. Научная новизна-работы состоит в том,
что впервые:
I. Получены гетероструктуры с эпитаксиалышми слоями соединений AjJB^ на подложках 2n/U , Go As. н Si
2.. Комплексным применением методов электронной и.рентгеновской спектроскопии, электронной микроскопии и электро-фи-зических исследований изучено строение переходной области в гетероструктурах типа AJjjBg - A3 .
3. Обнаружен эффект влияния подложки на элементный состав ра
стущего слоя соединения переменного состава в процессе
осаждения из газовой фазы регулируемого состава.
Практическая значимость. Предложены различные способы по-^лучения эпптакспальных слоев соединений Agbg на полупроводниковых подложках.
На основе комплексного применения электронной микроскопии, рентгеноспектрального мшероанализа и алэктрл-ф.изичоских изме—
рений разработаны новые методики исследования переходите пограничных областей гетероструктур.
Разработанные аналитические методики имеют общий характер и могут использоваться при исследовании широкого круга слонстнх структур, применяемых в микро- и'опто-злектронико. Математические программы глогут быть использованы для построения теоретических калибровочных зависимостей прп количествен^ ном анализе состава тонких пленок методом рентгеноспектрального микроанализа.
Основные полол'.ения, енноспіліє на з-титу.
-
<їпзпко-хклическио условия получения слоев полупроводниковых соединений в квазпзамкнутом обт-емэ.
-
Комплекс методик для ксслодовагапт іюреходньтс областей и раепродлтония компонентов по глугапз слонсїііх структур.
-
Структур ни о характеристики тонких пленок соединений ]п^Те3, ]n2S3 и Go.-iSe, на подло.-гр:: JnAs и Si , и их связь с технологически::н параметрами.
Анробагшя работ»;. ?"атор;і"ідкссертаіі:га;і!ізй работу докладывались и обсугслалпсь на 32-м Мэндународном научном коллоквиуме (ГДР, ї'льменау, 1987 г.), моллзузовской конференции молодих учених "Наука н ее роль в ускорении научно-технического прогресса" (г.Вороне:::, 1987 г.), У Всесоюзной конференции по физически:і процесса.! в полупроводниковых гетсроструктурах (г.Калуга, I9SO г.), 35-м Международном научном коллоквиуме (ГДР, Пльмонау, 1990 г.), УЛ Всесоюзном симпозиуме по растро-еой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел "РЭ",г-91" (г.Звенигород, 1991 г.), О Всесоюзной конференции по росту кристаллов (г.Харьков, IS92 г,)'.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 работу, в том числе 4 авторских свидетельства на изобретения.
I. Получение гетероструктур типа AgBjj _ ли# методом геторовалентного замещения и их свойства
Технологичесгл наиболее просты:.! способом получения слоев .соединений АпВХ1 на поверхности А%У является гетероЕвлєнтпое
замещение компонента Іг в решетке А В на В в процессе термической обработки в парах халькогена. Контролируемыми пара-иотраїлі процесса являются: температура подполий, дгвлешіе пара халькогена,задаваемое температурой испарителя, температурний градиент стопок реактора и вромя процесса. Данным способом били получены тонкие пленки соединения Gq^S&3 на подлозлсе (За Л а и соединений ]пгТез и /лгБз на подложках Jn/ls.
I.I., Получение її свойства эгштаксиальшх слоев GQzSe3 на GqAs
Наличие непрерывного ряда твердых растворов в системе GQ/iS-GOaSfia и однотипные кристаллические структуры с близкими параметрами решеток позволяют получать указшпше ге~ тероструктуры с электрически совершенной границей раздела.
Термическая обработка пластин Go As в парах селена производилась в вакуумкрованных кварцевых ампулах, размещаемых в двухзонной реакторной печи. Контроль толщины и алемвнт-иого состава приготовленных слоев производился методами растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа (РЭ;.!-РСЫА). Послойный анализ', проведенный" ионным распылением пленок Gnz$>e3 с одновременной регистрацией Ох;е-сдектров, позволил.установить наличие переходного слоя толщиной 20 нм независимо от исходной.толщины пленок, сформированных при одинаковых технологических условиях.
Исследована кинетика роста слоев G0aSe3 на подложках ; Gq/1s . Установлено, что рост толщины пленки с! со временем при различных термодинамических условиях описывается зависимостью d~l/T (рис. I). Анализ изменения d при увеличении температуры подяожгл (рис. 2) позволяет оцепить энергию шстивации ( U ~ 1,5 эВ) процесса, лимитируки.его образование слоя GQa-Ses . На рис. З показало влнянлз дзблошія паров селена на толщину пленки селенида галлия при посїочкнод температуре подложки. Все экспериментальны';) данныо у;. ;:v;.?tbj-рительно описываются зависимостью гида
J-lfpDi, H=X)oexp(-^-j) (I)
где D - коэффициент диффузии, Р - давление пап;>з с злена, І -время процесса.
Характер зависимости толщины слоев от времени формирования указывает на диффузиошшії механизм этого процесса. Отсутствие в слоях QQzSe3 шшьяка и увеличение скорости их образования с ростом давления солона при постоянной' температуро подлоеки подтверждает, что лимитирующей стадией роста пленок является доставка селена к месту реакции.
Электронографнческие исследования показали, что структура слоя соответствует о<- -фазе Ga^S^a . Элементны;! состав слоя по даштм PCf.IA соответствует стехиометрии соединоігая GQ2-Se3
1.2. Получение и свойства эпптгженалып::: слоев ]Р2.Те3 v.z ]пА&
Исследование процессов гетероваюнтного замещения мышья-ка в JnAs теллуром из парово;! фазы представляет интерес с точки зрения получения тонкого стоя 1п2Т&з на поверхности Jn/lS с целью формирования гетероперехода ]пгТе^~1пА5 с совериенной грашщей раздела благодаря хорошему соответствию параметров кристаллических решеток теллурида индия и ар-сенида индия.
Термическая- обработка подложек /nAs в паре теллура производилась в кваэпзамкнутом объеме (метод "горячей стенкії"). Давление пара теллура варьировалось в диапазоне от 0,1 до 100 Па, температура подложки - в диапазоне (620 + 850). К. Время .одного процесса составляло от 0,5 до I часа. Элоктроногра-фичесгле исследования полученных образцов показали, что в результате этого процесса на поверхности подлоккн сформируется эпптаксиальная пленка со структурой, соответствующей oL -фаза ІЛгТе.? с упорядочешгоіі ргазткой катиоішнх вакансий, при дефиците индия ( 0о = 1,8455 їм). При исследовании состава пленок .-методом Р0І.1А было установлено, что пленки, полученные го всем диапазоне технологических режимов, имели состав, соот-в^тствулаип стехиометрии соединения ІПїТЄз'
Рельеф поверхности пленок контролировался с помощью РШ. .':'-а-;,:чг.;[о, что рост наиболее равномерных по микроструктуре пленок происходит при стечении давления паров теллура и температуры полложки.-Предложено возможное объяснение механизма: про-
d,^tM
ст.) j-0,3;~2-3,i'.
Рясі. Завпсишст:. толщины
слоя GQ2S,e3 от времени его формирования
1 2 э * Я,*вс.4
O.S
Рие. 2. Зависимость толщины - ' слоя .GQ2.Sej" от. тем- пературн подложки
Рло. 3. ЗаЕдсимост-ь толщины
слоя GQaSe^ от давления паров селена . .
1,0 If УР)НН.рт.ст.
исходит снижение скорости образования зародышей и уменьшение пх плотности в результате сішжеїшя скорости реакции гетэро-валонтного зшлещэгаш атомов мншьяка в решетке арсенида пндия атомами теллура. Проведено изучение поперечних изломов структур с помощью РЭМ и отмечено, что переходная область между пленкой и подаоУ-кон имеет неоднородную структуру. Данная неоднородность возникает на ранних стадиях роста пленки и присутствует в той или иной степени на образцах, приготовленных во всем диапазоне технологических условий.
Проведен послоііннії количественный анализ полученных ге-тероструктур методом электронной Ожо-споктроекогпш (ЭОС) в сочетании с распылением поверхности ионным пучком. Полученные пройпли свидетельствуют о том, что при .Торг.'ировашш пленок в указанных условиях между аяонкой и подложкой образуется переходная область в диапазоне толшші от 55 до ТОО ни.
Гетеропереходн 1пгТе3~ /n/ls п-типа исследовались їло—
тодом вольт-амперных характеристик (В АХ) в диапазоне темпера
тур (90 + 320) К. Вид БАХ (рис. 4) свидетельствует о Проте
кании в пленке'тока, ограниченного пространственным зарядом
(ТОПЗ) с захватом инжоктировантяс носителей на ловушечнке
центры. Коїщентрация ловумек, определенная по величине напря
жения Упэл > соответствующего полному заполнение лову-
шочных центров, составляет в данном случае 10 jm-1". Величи
на относительной диолоктрчческой прон;пг""-,'істп отпивалась из
измерения высокочастотной емкости структур 'Фи і - 20 К и со
ставляла = 12. Удельное еопротинл-нло слоев /піТе^ оп
ределялось из ВАХ при нанрятоїші: от - Ю-'' до - ТО- В и ео-
стаадтло [2 + 5) х 10' Ом.см, что соответствует нзроптш.;м
данным об удельном сонротнтепнн массивных кристаллов ]пг.Те.з .
ІЗЛХ при положительном потешниле на контакте AT -]лгТе,(рнс.4)
представляет собой прлі.'уіі лишім в координатах l$]-VV , что
свидетельствует о механизм? токопрохотдеппя ІІІоттіч". Из темпера
турно" завііоп"оспі электропроводности гетеросиотемы определена
гер.'.шчесгяя ширина запрещенной зони.
JT.3. Получешіе и свойства опитаксиальннх пленок ]nzf>3 на /n/ls
гг"н^'Т'^п'ї'1 г'і^^ті ^DpSq па поверхности подто^о^ арсе-
штда индия производилось при термической обработке подложек в парах серн в квазизамкнутом объеме. Давление пара халькоге-на над конденсированной фазой задавалось нагревателями и составляло .(10 + Ю ) Па, температура подлокки варьировалась в диапазоне (470 + 520) К. При температурах подложки (470 + 520) К и давлении паров серн (10 + 10 ) Па полученные слон имеют монокристаллическую структуру, соответствующую кубической фазе j3-J/72S3 (типа шпинели с упорядоченными дефектами) с параметром решетки 0 о = 1,077 нм. Оценка толщины образующегося на поверхности арсенида индия слоя и,качества границы раздела пленка - подложка проводилась в РЭМ методом скола.
Изучение характера распределения основных компонентов соединений в гетероструктурах проводилось методом РСІ.1Л по глину травления.. Полученные данные свидетельствуют о существовании пограничной переходной области в исследуемых структурах. Вольт-Парадные (C-V) характеристики гетероструктур AI- 1пг&3- )п А& '(исходная концентрация влектронов в ]п&> n~I0 см~^ измерялись в интервале частот (10 + 10 ) Гц в диапазоне тем-
. ператур (100 4 300) К (рис. 5). Проведен также расчет теоретических характеристик в рамках модели ВДП'П структуры. Сдвиг экспериментальных и теоретических зависимостей С(У) по напряжению объясняется присутствием б данной гетероструктуре локализованных зарядов. Повышенная крутизна экспериментальных за-
. висимостей по сравнению с теоретическими может быть следствием предполагаемой варизониостн переходной области.
В данных гетероструктурах наблюдается модуляция ОПЗ в ]пА& внешним электрическим полем. Однако, существенна! часть модулируемого подвижного заряда оказывается сосредоточенной в переходной области, образуемой в структуре в процессе гетеровалентного замощения. Существование переходной области доказано методом РСМД в совокупности с разработанной методикой определения параметров переходных слоев из анализа зависимостей С(У) и сравнения экспериментальных характеристик с теоретическими. Данная методика монет быть использована самостоятельно в качестве экспрессной при опткі.шзации технологии формирования подобных гетероструктур.
Показано также, что токи утечек сквозь слой ]nz&3 не нарушают состояния квазиравновесия генерации - рекомбинации в
приповерхностной' области In As , то есть слои сульфида шузія в диапазоне толцин от 0,01 до 0,1 мгал проявляют свой- . ства диэлектрика. Это дает возможность использовать их в _ структурах для полевых транзисторов на основе JnAs в каче- . стве подзатворного днатоктрнка.
П. Получение тонких пленок соединений типа A-jB^. методом осаздения из газовой стазы, регулируемого состава и исследование их свойств.
2.1. .Получение и свойства пленок 6Q2Se3 на .Si
Для изготовления-полевых гетороструктур на кремнии в ка
честв;} полевого диэлектрика были выбраны тогаже пленки соеди
нения GCbSej , поскольку оба материала имеют кубическую
решетку типа сфалерита, и параметры реаеток Si (Qo= '
== 0,5430 нтл) и <А- GQ25e3 ( do = 0,5422 юл) отличаются не-
более, чем на 0,2'/». .
При получении пленок термический испарением полпкр'пстал-ллчоских образцов GaaSS3 в'открытом объеме в вакуума с изменением температуры подложки (Тп) от 420-до 620 К'(температура испарителя Тя = 1070 + 1100 К.) структура пленок менялась .от аморфной до полпкрнсталличоской текстурированной. С. целью формирования структурно болео соЕерпеишх и 'однородных, по составу слоев GQzSe^ исследовали условия, получения пленок в квазизагстгутоїл объеме методом "горячей стенки". При испарошш в квазизаглепутом объеме удается снизить степень пе-реенпения пара у поверхности конденсата за счет сблиленил температур испарения и конденсации. Этот фактор, а также ліаличне динамического равновесия ме::%ду конденсацией и реиспар'ешшм позволяют вкрадивать слои в условиях, близких к равновесным. Температуру испарителя устанавливали равной. 1000 К, .а разность T.j - "п = GO К. Температуру стенок Тс в процессе осачщогаш поддер;лірали внпе Ти. Получешше при это:,! плешей тлели крупноблочную структуру. Отмечено отсутствие зависимости направления роста пленок '30?_о?.з от ориентации Si -подложки, что предположительно было связано с наличием на поверхности крем-, ния тонкого подслоя естественного 'оксида. Для совмещения процессов удаления зкеил-? и рсалтдпнпя ^лсл GazSe3 в едином
технологическом цикле разработан способ, основанный на восстановлении кремния в подслое оксида при обработке иоддохег. в сверхвысоком вакууме в потоке галлия. Обработку Si -подлояки в потоке галлия проводили в специально сконструированное камере (Квазизамкнутом объеме), представляющей собой разъемную гранитовую ячейку с четырьмя, не зависимыми регулируемыми зонами нагревания (подложки, стенок, источника галлия и источника селена), при Тп = 1070 К е течение 30 минут. Затем формировалась пленка Ga2Se3 при следующих значениях температур: Тп = 970 К, Tqq = 1170 К,. Tse = 490 К (парциальное давление паров селена в камере ~ 0,6 Па). В результате данного процесса получены монокристаллические пленки с ориентацией, соответствующей ориентации подножки. Элементный состав пленок соответствовал стехиометрии соединения GQsSe.3 с точностью (1+2) вес..%. Исследования структури проводились методом электронографии, измерение концентраций элементов - методом РСМД.
В полученных .гетероструктурах GOaSe3-Sl с монокри-сталличеекпми слоягли селенида галлия методом дифференциальной .проводимости определена плотность поверхностных состояний на граница раздела, которая составила 8 х'Ю см эВ , что ниже таковой на границе Si02~Si . Низкая плотность пограничных состояний делает данные гетероструктуры перспективными для создания быстродействующих приборов на основе структур .металл-диэлектрик-полупроводник.
2.2. Получение и свойства пленок ІП2Те3 на Jn/tS
Известно, что соединение ІП2ТС3 испаряется инконгру-знтно. Пары этого соединения содержат преимущественно молекулы Teg. Вследствие этого попытки произвести осакщение пленок }пгТе? на подложки 1пА$> при непосредственном испаронкп ІЛгТ&і приводят к сильному легированию подложек теллуром и образованию слоев inzTe3 по механизму гетероваїєнткого замощения атомов А& в решетке 1пА& на атомы Те, G:J:op;.'i:po-ЕПЕШиеся таким образом гетероструктуры имеют довольно протяженную (до 100 нм) переходную область. Этот і акт не позволяет не-_ пользовать данные гетеропереходы в качестве моментов полупроводниковых приборов. Дія уменьшения ширины переходной области
достижения наилучшего сопряжения решеток на гетерограюще аг.я предложен способ получения эпитачсиальных слоев, позео-яющиИ раздельно регулировать давлешіе компонент пара у по-ерхности подложен. В соответствии с данным способом осажде-ия испарение исходных кої.шонент ( In и То ) производится з двух источников, размещенных в автономно 'нагреваемых объе-ах квазизамкнутой системы. Возможны дв-і варианта проведения роцесса осаждения:
І. Стационарный ре.таї. Температуру источников ]п и Те юддерживают на тшеом уровне, чтобы отношение давлений их па-)ов было равно молярному отношению данных компонентов в oca's-іаемогд соединении ]ПгТез "1 Tjn = 1223 К, P;n = 1,33 Па, ^9 = 650 К, Ргре = 2,2 Па). Время проведения процесса-от 0,5 го 2 часов.
2. Циклический ре:г.им. Давлонпо пара индия поддерживается на постоянном уровне, равном 1,33 Па, а давление' пара тол-іура периодически меняется от 0,1 до 10 Па. При низком давленій пара теллура на поверхности подложен осаждается слой, збогащошшИ индием. При последующем повышении давления теллура подло:;:ка с адсорбированным слоем индия находится в парах.' голлура. В этот период на подложке происходит образование . слоя соединения ІПгТез . Затем давление пара теллура пони- кается и цикл повторяется сначала. Толщина пленки пропорциональна количеству циклов. Температура подложки регулировалась в диапазоне от 573 до 623 К.
Измерения методом РСІ.1А показали, что концентрации компонентов полученных пленок соответствуют стехиометрии соединения 1пг.Тез . Методами РЭМ и электронографии изучено влияние параметров процесса напыления на структуру и морфологію пленок /пг7"єз Пленки с наиболее высокой степенью совершенства получены при условиях роста, блп-лсих к термодинамически равновесным. В этом случае переходная область имеет существенно меньшую протяженность по сравнению с аналогичными структурами,'. полученными методом гетеровалентного замещения.
2.3. Получение и свойства пленок Jn^x Сог^_^ТЄз на in/Is.
Из всех известных атмазоподобных бинарных соединений со
стехиометрическими вакансияг.ш наиболее близкие к Jfl/ls значения постоянных решетки имеют соединения ІП3ТЄ3 .( Ос = = 0,616 нм) и GQ2Te3 (Ос = 0 і 585 m.i). Ранее било установлено" существование твердых растворов в разрезе (GQaT^j/j.х - (ІПгТєз)х тройной системы 1п~&а~Те во всем интервале концентраций. На основе рентгеноструктурного анализа было показано, что все кристаллы разреза ІРгТе3-С(1г~Гез имеют один и тот не тип решетки, причем параметр решетки изменяется от 0,615 юл при X = 0 до 0,589 нм при X = I по закону, близкому к линейному. Регулируя соотношение ]п и GQ ' з соединении ІПгх (лй^а-ніГ&з ' возможно установить величину Q0 , в точности равную значению данного параметра для Jnfl-S Wo=0,606 ни) Это достигается при X = 0,65..
Пленки тройного соединения 1гч,з^о^Т^з- были получены методом испарения индия, галлня.и теллура из трех источников, размещенных в автономно нагреваемых объемах квазизамкнутой ciw стемы. Температура источников индия и гаушя выбиралась таким,-образом, чтобы.отношение-давлений паров било равно малярному отношению соответствующих компонентов в конденсате требуемого' состава. Исходя из.этого, в процессе осаідения температура источника индия, была установлена равной 1183 К,' что соответствовало давлению пара индия Pjn = 0,BS Па, а температура источника галлия - 1303 К, что соответствовало Рса = 0,28 Па. В .
статическом режиме осаждения температура источника теллура устанавливалась равной 650 К,'что соответствовало Рфе=2,2 ІМ. В циклическом режиме давление теллура'периодически менялось от 0,1 до 10 Па. Температура подло;кки -]пА& устанавливалась.-равной (610 -f 630) К. Длительность процесса варьировалась от' 0,5 до 6 часов в зависимости от требуемой толщины.
Исследование полученных образцов с помошло.РЗ.І пог.азаіо, . что пленки тлеют гладкую поверхность и четкую однородную границу с подложкой, как ив случае пленок JrizTe3 , получении? по однотипной технологии,- і-іолпчественш.'і! РСМД яодгно.-д;-';, что состав пленок с хорошей точностью соответствует стоХі.о;.:-л-рпп -соединения }пі,ї Goo,rTe3 , а при небольших отклонения:-; от установленных температурных параметров процвіла кскцмітраиди индия и галлия в пленка:; изменяются, в то всомі з:ак концентрация теллура сохраняется постоянной и равно.'*» 60 ат.Й.
" Проведено исследование электрофизических параметров струк-
Рис. 4. Вольт-амперная характеристика гетероперехода ]nje3 -JnAs, (п = 2хЮ17 см-3), Т = 300 К, толщина слоя ІПіТвз
0,8 мки, 'площадь контакта-
0,3 мм2
Рис. 5. Вольт-фарадаые-С(У)-характеристпки гетерострукту-ры Н-ІПг&л -Jn'AS, . 1,2 -экспериментальные кривые при 300 К. и 100 К, соответственно; теоретические кривые: 3-для идеальной ЭДЩ1-структуры, 4,8 -.для структуры І/ДП'ІГс концентрациями в слое П' ІОЇт
_.Т те _. _ те ~«
5хІ0І5,І0І6,5хІ0І6см-з,
соответственно
Рис. 6.I(V) характеристики (кривые 1,2,3) структура AI-Jn^3GQoj77e3-7/7/f5. при 300 К и зависимость тока от толщины слоя на участке квадратичной зависимости KV) (V =0,С7В) (кривая 4).(1),(2),(3)=0,12; 0,3 и 1,5 мкм, соответственно.
тур ЛІ -ІОі,зСол;?Те^-7п/1з методом вольт-шшерннх характеристик (рис. 6). Определено значение удельного сопротивления слоев при комнатное температуро на линейном участке ВЛХ при низких напряжениях (до 0,1 В), равное (10 + 10 ) Ом.см. Величина относительной дналектрическоіі проницаемости была оироделена при измерении высокочастотной емкости (10 Гц) готороструктуры и со-ставляла~15.
На основе измерении зависимости термодинамической работы
ЕНХОДД Б СИСТОМе ІГц/іСіОо^ТЄз-іпАВ, от толщины слоя
ІЛ-) iGaoyTej показано, чго данино слои могут использоваться в полевых гетероструктурах, но с толщиной d меньшей, чем 0,2 мкм (для выполнения условия cl< Lp , где Lp - длина экранирования Дебая) и только в сочетании с верхним слоем диэлектрика, что необходимо діл они.тепіщ уровня СиВОЗНЫХ ТОКОЁ.
Ш. ИсследоЕшше переходных областей" гетероструктур
метолом РСМД
В процессе эпитаксиалъного роста пленок полупроводниковых . соединении на нолупроводнкковух подложках на ме.~фазной границе образуется -переходная область. Длл изучения послойного распределения химических лтементов в гетероструктурах и.строения переходной області; разработаны методики, основанные на использовании количественного РСГ.ІЛ в сочоташш с распылением поверхно-. отп ионнн'л пучком. В настоящей работе предлагается вариаіпш метода послойного травления - анализ по клину, контролируемой геометрии о очень малым углом ( 10 ). Прнготоаіеіше глина производилось метолом распыления ионами Аг+ . Контроль'геометрических параметров клина травления осуществлялся с помощью РЭМ по поперечному сколу на образце. Объектами исследования являлись зшппксиалькне гетероетруктурн на оспоеє арсонпда индия о тонки; -л оло.чли соединений ІПг'Гіз > 1пг$з и 'т^^ба^и-к}1?-? , впепценними различными способами е квг.зтамкнутоп объг-:':,
Дтя проведения количественного анализа клепок на по, .,о::;ках о толово" меншої', размера области генерации т'ентгенове,:ез излучения необходимо знать распределение ГОІРриЦИ: по ГЛуОИП"' пб~ рагща у(р=0 . В дагеюГ работе дал (чп"""дл:;енпл тс"» іч и состава пленок соединении Jn.?/&0;(/-х)Те3 на гтп-;л-'"ігах 1пАё ченользовалл і!тод Л!:овтг"-І!і.'!г;;;рп, ': метода і ;: ч-п-.т-
:я полуэмпирические выражения дія функции f(P37 Исходной
информацией для расчетов служило отношение числа рентгеновских "
{Бантов эмлттированних из плёнки к числу квантов, эг.титтирован-
шх из массивного эталона kr . Кривая кг (Р^О отроилась с
учетом поглощентщ рентгеновского нзлучеігая-в.образце. Расчет
салибровочных кривых kriyz-) производился на 2BI,J. '
В гетероструктуре 7л2хСаг(Ч-х;Тез-Уя/45 индий является '
)бщи;л элементом подложки и плешш и, следовательно, но подле
жит измерению с помощью .данного метода. Однако , исходя из '
трэдполояения, что количества компонентов'Е плэнке связаны мэж-
tjt собоН стехиометрией соединения 7пгхб0г^-х;Те^ ,' концентра-'
дня индия такта mozot быть рассчитана по измеренным концентра-..
тяг.! галлия и теллура. - ....
. -Величина стандартного отіиіонешщ S (вес./!) при. измерении
шіщонтраций вычислялась по формуло: [ '
?д<э К - "кажущаяся" концентрация, измеренная с абсолютной ' . элучайгой-. погрешностью д , С - расчетная концентрация, ком-лонэнта. 'В данном эксперименте величина стандартного отклоне-щя при 'измерении концентрации галлия не' превышала 0,13 вес'.. 'Количественный анализ состава гетеростру1стуры;7ЛгхСс?г^^7еа -in/Is. проводился по малоугловому клину с контролируемой, гег'. змо.трией, полученному по методике, описанной выше. Это дало зозмо.-:ность оценить распределение компонентов ялонки .'по глуби-г їв. Результаты измерения представлены на- рис. 7 в форме зависи-лостей'концентрации- компонентов в объеме пленки от массовой голщины плешш на'склоне кратера распыления. Видно, что'состав «меняется с толщиной и у грашщы с подкшеол достигает стехиометрии соединения ІЛ<гз'бао7ТЄз '. (X = 0*65)., согласующегося то.параметру решетки с In A s . Состав вышележащих областей ;лоев изменяется, приближаясь к' составу пара над конденсатом. ГэкоЙ характер изменения состава пленки по толщине'существует тзависимо от состава пароЕой фазы. Это.мояет являться доказа- . гельством стабилизирующего влияния подложки на состав' растущего злоя. Это влияние выражается в том, что.при .различии в параглат-m решеток подложки и эпитаксиального слоя в' последнем возни-сают упругие деформации. Вследствие этого-свободная энергия', гвердой-фазк, а значит'и всей системы'пар -..твердое тело, уве-.
(,0 50 кП ЗО
го зо но so go 7o . pa,„tf/c«» Рис. 7.
І0 0 30 40 50 Є0 70
h, n» Puc.&Ca).
.4*
0 10 20 30 W 50 ^ ни Рис.Ь(З). ,
0 10 SO 50 kO ^HH Рис6(h).
so
Рис. 7. Концентрационные пробили ког.шоїюнтов тонки
ІЛгхСа2(-(-х;7"ез на подложке //7/Is , полученные методом РИМА. X - стехиоаэтрнчесгпк кос4<Ткциент.
Рис. 8. Концентрационные пробили компоненто:; з припогорхност-ной области подложи но дашпи колгл'остеєнного FC'A: а) структура ]Пг7~е3-]пА> , получ?-иная методом ге-теровалонтного замещения, 0) структура 1пг$>3~]пА& , полученная методом геторонаяснтного за-.зрения, е) структура ]ПгТвз~]пА5 , пелучоннал гютодсм осаждения из газовой фазы
гачивается. Условие минимизации свободной энергии, то есть сни-кения различия в параметрах решеток между подложкой и эгштаксц-зльным слоем, приводит к тому, что из газовых фаз различного со-зтава па подложке кристаллизуются твердне растворы, состав которых практически одинаков, а параметри решеток-совпадают с параметром решетки подложки. По море роста толщины пленки стабилизирующее влияіше подложки ослабевает, и вишележ-ащие слои пленки приближаются по своему составу к составу паровой фазы.
В гетероструктурах ]г\г.Те3 - 1пА& и ln2S3-ln/\$ для
проведения сравшітельноп оценки глубины проникновения легирующего элемента (теллура или серы) е подложку бил проведен колп-честЕошшіі анатаз в точках, расположенных на клине травления по диаметру кратера с щагом 5 мкм. За начальную вибрана точка, -находящаяся на і:е;-.Іазпоіі границе, отчетливо различимой с.помощі/о оптического микроскопа в виде линии. Вое последующие анализируемые точки располагались на клине в области подложки. Результа-. ты измерений представлен;) на рис. 8 в виде зависимостей концентраций компонентов от расстояния ст меж'лзнок грашіцн. С учетом известной геометрии клина рассчитывалась глубина Q^ry), на'которой концентрация легирующего элемента в подложке достигает некоторого фиксированного значения (например, удвоешюго значения абсолютной случайной погрешности измерений 2 0" ). Установлено, что в структурах, полученных методом гетеровалентйого замещения, глубина проникновения легирующего компонента значительно внио, чем в аналогичных структурах, полученных методом кон- ' денсацпи из паровой фазы. Сделанный енеод подтверждается результатами исследования поперечных изломов с помощью РЗ.'.К
