автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Электронный транспорт в составных квантовых ямах InAlAs/InGaAs/InAlAs, содержащих наноразмерные вставки InAs

На правах рукописи

ПОНОМАРЕВ ДМИТРИЙ СЕРГЕЕВИЧ

ЭЛЕКТРОННЫЙ ТРАНСПОРТ В СОСТАВНЫХ КВАНТОВЫХ ЯМАХ ГпАЬАвЛпСаАвЛпА^в, СОДЕРЖАЩИХ НАНОРАЗМЕРНЫЕ ВСТАВКИ 1пАв

05.27.01 -Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических паук

Автор:

2 5 ОКТ 2012

Москва 2012

005053868

005053868

Работа выполнена Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук (ИСВЧПЭ РАН)

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук,

доцент НИЯУ МИФИ Васильевский Иван Сергеевич

Научный консультант: доктор физико-математических наук,

зав. лаб. ИСВЧПЭ РАН Галиев Галиб Бариевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор МГТУ МИРЭА Мельников Александр Александрович

кандидат физико-математических наук, доцент МГУ им. М.В. Ломоносова Кытин Владимир Геннадьевич

Ведущая организация Национальный исследовательский универси-

тет МИЭТ

Защита диссертации состоится «30» октября 2012 года в 17 час. 30 мин, на заседании диссертационного совета Д 212.131.02 при Московском государственном техническом университете радиотехники, электроники и автоматики (МИРЭА) по адресу: 119454, Москва, Проспект Вернадского, д. 78.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИРЭА.

Автореферат разослан «Ж» акЯАл, /у 2012 года.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенном печатью организации, по адресу МИРЭА.

Ученый секретарь диссертационного совета, // /*

к.т.н., доцент /6^'// Вальднер В.О.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Развитие полупроводниковой электроники привело, с одной стороны, к созданию сверхбольших интегральных схем (СБИС), основанных на кремниевой технологии, с другой стороны — к созданию твердотельной электроники сверхвысоких частот (СВЧ), вплоть до 1011 Гц. Системы с использованием СВЧ сейчас наиболее важны в приложениях радиолокации, спутниковом телевидении, многоканальных системах беспроводной связи, в том числе - космической и специальной. Увеличение частотного диапазона вплоть до ТГц области спектра на сегодняшний день необходимо вследствие перегруженности существующих диапазонов, а также нарастания плотности информации. Кроме того, благодаря специфике взаимодействия ТГц излучения с веществом созданы уникальные методы спектроскопии и теравидения для систем диагностики и безопасности. СВЧ твердотельная электроника имеет заметно меньший уровень интеграции схем и использует в качестве базовых функциональных материалов не кремний, а другие полупроводники или многослойные гетероструктуры на основе различных полупроводников, в основном - соединений III и V групп периодической системы элементов таблицы Д.И. Менделеева (АЗВ5). Этот выбор продиктован уникальными свойствами таких структур - обеспечением в несколько раз более высоких дрейфовых скоростей насыщения электронов, чем в кремнии, а также возможностью инженерии зонной структуры. Главное преимущество ге-тероструктур заключается в использовании двумерного электронного газа, который локализуется в потенциале квантовой ямы (КЯ) в поперечном направлении. Низкоразмерные системы проявляют уникальные новые свойства, связанные с размерным квантованием энергии и квазиимпульса электронов, а также с пространственным распределением зарядов (например, квантовый эффект Холла, сверхвысокие подвижности электронов).

В последние два десятилетия наблюдается интенсивное развитие промышленного освоения гетероструктурных СВЧ приборов, в том числе НЕМТ (high electron mobility transistor) на основе гетеросистем InGaAs/InAlAs/InAlAs на подложках фосфида индия (InP). Возрастает также число научных работ, посвященных исследованиям таких гетероструктур. Такая тенденция объясняется заметными преимуществами, которые дает использование InP НЕМТ структур в приложениях, требующих достаточно высоких частотных и низких шумовых параметров. В то время как псевдоморфные НЕМТ приборы на GaAs ограничены величиной мольной доли InAs в 20-К30%, в канале НЕМТ приборов на InP возможно повышение этой величины до 70% и более. Помимо этого, за счет введения дополнительного слоя InAs в активную область гетероструктуры возможно увеличить электронную подвижность за счет уменьшения эффективной массы электронов, однако при этом возникает механическое напряжение слоя и ограничение, связанное с релаксацией решетки. Поэтому, уменьшение накопления механической деформации в растущих слоях является и по сей день актуальной проблемой. Оптимизация конструкции и дизайна гетероструктуры становится ключевой задачей для достижения рекордных значений подвижности и, одновременно, концентрации двумерных электронов, что обеспечит большую проводимость канала транзистора и высокий к.п.д. Исследование влияния конструктивных особенностей наногетерострукгуры, выбор состава и толщины активного слоя - КЯ, применение напряженных слоев, способа легирования (одностороннее или двухстороннее) и изучение структурных особенностей гетероструктур является комплексной и сложной задачей. При помощи эпитаксиальной технологии возможно создать сложную двумерную систему с КЯ, составленной из нескольких гетерослоев, для формирования зонного профиля с одновременным учетом ограничений, накладываемых механическими свойствами гетероматериалов. При этом для получения максимальной информации о такой системе необходимо привлекать не только традиционные измерения холловских параметров при комнатной температуре, но и подробно проанализировать взаимосвязь структурных и электрофизических параметров, с

4

использованием ряда методик, таких как температурные зависимости сопротивления, квантовые осцилляционные эффекты.

Необходимо решение вопросов и развитие существующих подходов, учитывающих изменение электрофизических свойств конкретной гетероструктуры за счет изменения состава квантовой ямы (например, увеличения мольной доли ГпАв в слое 1пСаАз). Кроме того, необходимо учитывать ухудшение кристаллического совершенства эпитаксиальных слоев за счет частичной релаксации напряжений в квантовой области гетероструктуры, образование протяженных дефектов, включение новой кристаллической фазы с параметром решетки, отличным от параметра решетки подложки 1пР. Таким образом, стоящая задача вовлекает исследование фундаментальных электронных свойств новых КЯ совместно с контролем их структурных параметров.

Цель и задачи работы

Целью работы явилось установление влияния введения одной и нескольких наноразмерных вставок нелегированного 1пАб в квантовую яму Гпо^зОао^Аз на электрофизические и структурные свойства наногетероструктур 1П0,5А10|5А5/1П0 ^(Зао 47Л5/1ПО15А1О5 АБ.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи.

• Исследован электронный транспорт в выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) образцах с одиночной (ОКЯ) и составной (СКЯ) ямой 1п(ЗаАз, содержащих одну или две наноразмерные вставки ГпАэ.

• Изучено влияние состава, ширины однородной и составной КЯ, а также способа 5-легирования кремнием (одностороннего и двухстороннего) на электрофизические свойства гетероструктур: электронную подвижность ц, и концентрацию электронов пе в КЯ при различных температурах (Г =4,2; 77 и 300 К).

• Проведен расчет зонной структуры образцов с помощью самосогласованного решения уравнений Шредингера и Пуассона и результаты сопоставлены с экспериментальными данными.

• Исследован и проанализирован низкотемпературный магнетотранспорт (эффект Шубникова-де Гааза) в образцах с КЯ обоих типов; определено заполнение подзон размерного квантования электронами. В образцах с ОКЯ оценено соотношение подвижностей электронов в двух заполненных подзонах.

• В образцах с ОКЯ различной глубины определены квантовое хч и транспортное т, времена рассеяния электронов в каждой подзоне размерного квантования методами Дингла и Фурье - спектров осцилляций Шубникова-де Гааза (ШдГ); из анализа т,/т, установлен доминирующий механизм рассеяния электронов.

• Проведено комплексное исследование влияния введения одной нанораз-мерной вставки 1пАз различной толщины в центр КЯ 1п05зОа047Ая на электрофизические свойства и структурные особенности наногетероструктур 1по,5А1о,5А8Лпо,5зОао147А5/1по,5А1о,5Аз с двухсторонним дельта-легированием кремнием.

• Теоретически рассчитаны и экспериментально измерены эффективные массы электронов в структурах с одиночной КЯ и СКЯ.

Научная новизна работы При выполнении работы получены следующие результаты.

1. Впервые показано влияние введения двух нановставок ТпАэ и/или ОаАэ на электрофизические свойства в наногетероструктурах с СКЯ 1п>,А11_>Л8/1пгСаь1Аз/1п_|А1,_,А5/1пР.

2. Предложена технология формирования методом МЛЭ наногетероструктур Гпо^А^АзЛпо^зОао^АзЛпо^АЬ^Аз с наноразмерными вставками 1пАв с

резкими границами раздела, что подтверждено совместно методами рентгеновской дифрактометрии и просвечивающей электронной микроскопии.

3. Впервые показано, что изменение эффективной массы электронов в составной КЯ связано не только с изменением среднего состава, но также с инженерией зонного профиля и волновых функций (ВФ) электронов.

4. Впервые предложена конструкция наногетероструктуры с двумя нанов-ставками 1пАз, в которой достигнуто заметное уменьшение эффективной массы электронов по сравнению со структурой с одиночной решеточно-согласованной КЯ Ь^эвао^Аз.

Научная и практическая значимость работы

Полученные результаты диссертационной работы расширяют известные ранее представления об электронном транспорте и структурных особенностях на-ногетероструктур, а также описывают свойства новой предложенной конструкции гетероструктур на основе гетеросистемы ^о^А^^АзЛпхОа^АзЛпг^А^Аз. Результаты могут быть полезны в работах, ставящих своей целью оптимизацию активных слоев гетероструктур, уменьшение плотности дислокаций в растущих эпитаксиальных слоях, исследование механизмов рассеяния электронов в составных квантовых ямах. Практическая ценность работы связана с тем, что подобные гетероструктуры являются материалом для построения элементной базы современных СВЧ устройств миллиметрового диапазона. Впервые предложенная композиция гетероструктуры с несколькими вставками 1пАз может привести к созданию СВЧ приборов с высокими значениями частоты и крутизны, а также стимулирует новые исследования в направлении развития и изучения перспективных конструкций гетероструктур с функциональными слоями за счет инженерии зонной структуры и уменьшения эффективной массы носителей в КЯ. Таким образом, предложенная технология создания гетероструктур с составными КЯ позволяет создавать базовые наноматериалы для устройств современной твердотельной СВЧ электроники миллиметрового диапазона длин волн.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Разработанная методика роста гетероструктур методом МЛЭ при пониженной температуре и уменьшенном давлении мышьяка с одной и двумя нанов-ставками 1пАз с резкими гетероинтерфейсами ¡по^А^АзЛпо^зОао^Аз и 1п05зОа047Лз/1пЛз, позволяющая достичь высоких значений подвижности це ~ 13 ООО см2/В-с при Т= 300 К.

2. Установленное уменьшение эффективной ширины составной КЯ Тпо^зОао.щАзЛпАзЯпо^зОао^Аз с увеличением толщины центральной вставки 1пАз.

3. Установленная зависимость изменения отношения квантового к транспортному времен релаксации импульса в гетероструктурах с повышенным содержанием 1пЛя в КЯ Ь^Са^^Ав.

4. Разработанный подход к уменьшению эффективной массы электронов за счет введения в КЯ симметрично расположенных нановставок 1пАз.

5. Экспериментально полученное подтверждение справедливости приближения локальной эффективной массы электронов в составной КЯ с наноразмерными гетеровставками 1пАб и/или СтаЛя, рассчитанной с учетом непараболичности энергетического спектра электронов.

Достоверность научных положений, результатов и выводов

Достоверность научных результатов обусловлена применением современных и общепризнанных экспериментальных методов: МЛЭ, рентгеновской ди-фрактометрии, просвечивающей электронной микроскопии, а также измерениями эффектов Холла и Шубникова-де Гааза и т.д. Полученные в работе результаты и выводы не противоречат ранее известным данным, неоднократно апробированы на Международных и российских конференциях и научных семинарах.

Личный вклад соискателя

Соискатель принимал активное участие на всех стадиях работы. Им был выполнен анализ имеющихся литературных (отечественных и зарубежных) данных по теме, а также основная часть экспериментальных и расчетных работ по исследованию электронного транспорта, измерения электрофизических параметров при помощи эффектов Холла в наногетероструктурах InAlAs/InGaAs/InAlAs. Расчет зонной структуры, рост образцов методом МЛЭ, обработка данных измерений эффекта ШдГ проводились также с непосредственным участием соискателя.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав основного содержания и выводов, содержит 145 страниц, включая 72 рисунка, 15 таблиц и список цитируемой литературы из 172 наименований.

Апробаиия работы

Результаты работы докладывались на международной конференции 19th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology" (Екатеринбург, 2011 г.); 2-ой международной научно-технической конференции «Технология микро-и напоэлектроники в микро-и наносистемной технике» (Зеленоград, 2011 г.); 1-ой научно-практической конференции по физике и технологии наногетероструктурной СВЧ-электроники «Мокеровские чтения» (Москва, 2011 г.) - диплом стипендиату фонда имени чл.-корр. РАН Мокерова В.Г.; VI-ой, VII-ой, IX-ой, Курчатовской молодежной научной школе в РНЦ «Курчатовский Институт» (Москва, 2011, 2010, 2009 гг.) - 2 диплома за лучшие работы, представленные на научной и/коле (2009 и 2011 гг.)\ Национальной конференции по росту кристаллов IV-ой Международной конференции "Кристаллофизика XXI века", посвященной памяти М.П. Шаскольской (Москва, 2010 г.); 2-ом международном форуме по напотехнологиям РОСНАНО (Москва, 2009

г.); 11 и 15-ой Международной телекоммуникационной конференции молодых

9

ученых и студентов «Молодежь и наука» (2008, 2012 гг.); Научных сессиях НИЯУ МИФИ (2007, 2008, 2009,2010,2011, 2012 гг.).

Публикации по теме диссертации

По теме диссертации опубликованы 32 работы в научных журналах и сборниках трудов международных и российских конференций и семинаров, в том числе 6 работ в реферируемых журналах из перечня ВАК, 4 в трудах конференций и 1 патент РФ.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования электронного транспорта в наногетероструктурах InAlAs/InGaAs/InAlAs с одиночными и составными КЯ; сформулированы цель работы и решаемые задачи, указана новизна и практическая значимость, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен литературный обзор и анализ состояния теоретических и экспериментальных исследований, проводимых в РФ и за рубежом, отражающих основной спектр работ по изучению свойств двумерных систем на основе гетероструктур InAlAs/InGaAs/InAlAs с различным составом квантовой ямы. Дано обоснование использования выбранной в работе гетеросистемы путем сравнения ее свойств с параметрами альтернативных материалов полупроводников группы АЗВ5. Проанализированы данные о низкотемпературном магнетотранспорте, эффективной массе электронов в КЯ различного состава, а также рассмотрены электрофизические параметры гетероструктур.

Во второй главе приведено описание метода роста гетероструктур - МЛЭ, а также выбранных материалов и методик исследований электрофизических и структурных параметров образцов. Рассмотрены основные физические принципы этих методов с указанием преимуществ и недостатков и обосновано их применение в настоящем исследовании. Описана установка МЛЭ ЦНА-24 (Россия),

измерительные комплексы для измерения магнетосопротивления при низких

10

температурах, сопротивления и эффекта Холла, просвечивающий электронный микроскоп (ПЭМ) TITAN 80-300 (США) с корректором сферической аберрации зонда, а также трехкристальный рентгеновский дифрактометр (ТРД) ТРС-1 (Россия).

В третьей главе приведены основные результаты численного моделирования зонной структуры и электронных волновых функций в образцах, а также расчеты эффективных масс электронов. В первой части главы отражены расчеты зонных профилей образцов гетероструктур с ОКЯ InrGai_,As различной глубины с различным способом 5-легирования кремнием (односторонним и двухсторонним). Рассчитаны энергии подзон размерного квантования и ВФ электронов в яме. Показано, что в случае двухстороннего легирования профиль КЯ оказывается более симметричным по сравнению с односторонним легированием. Расчет эффективных масс отражает монотонное уменьшение т * с увеличением содержания InAs в КЯ, при этом относительное изменение те* при переходе от решеточно-согласованного слоя КЯ Ino^Gao^As к напряженному IriojGao^As составляет 12%. Вторая часть главы посвящена моделированию зонной структуры образцов с одиночной центрированной вставкой InAs в СКЯ In0,53Ga0,47As (рис.1, а).

Рис. 1. Зона проводимости 1/с и профили ВФ электронов 41, в СКЯ, содержащей одну (о) и две нановставки 1пЛз (б) с односторонним 5-легированием кремнием. Нуль энергии отчитывается от уровня Ферми

Рассмотрено влияние введения в КЯ наноразмерного слоя ¡пАб различной толщины на эффективную массу электронов. Расчет те* демонстрирует ее уменьшение на 17% по сравнению с ОКЯ при толщине вставки с4,А8 = 3 нм. Показано, что при введении достаточно широкой вставки 1пАэ уровень энергии электронов нижней подзоны размерного квантования Ео понижается относительно дна КЯ и начинает выделяется в уровень, которому соответствует состояние, локализованное преимущественно в области вставки. При этом эффективная ширина КЯ Дф определяемая как полуширина квадрата ВФ электронов в нижней подзоне размерного квантования £0, заметно уменьшается в отличие от однородной ямы. На это указывает и увеличение энергетического зазора между уровнями энергии подзон Е0 и Ей Таким образом, введение нановставки 1пАб приводит к увеличению подвижности электронов вследствие уменьшения эффективной массы. В третьей части главы описывается предложенный подход к уменьшению эффективной массы электронов в СКЯ различного состава за счет введения двух нанослоев ТпАб в КЯ 1по,5зОао,47Аз. Показано, что дизайн ге-тероструктуры нужно подбирать исходя из двух условий. Первое - необходимо увеличивать среднее содержание 1пАб в КЯ, а второе — избегать релаксации возникающего напряжения в слое СКЯ. Чтобы удовлетворить этим параметрам, была предложена составная КЯ (см. рис. 1, б), в которой имеется не одна, а две вставки 1пАз. В этом случае ВФ электронов не являются локализованными в области одной из вставок в отличие от случая одиночного слоя 1пАз, а по причине достаточно большого расстояния между вставками распространяются на область, сравнимую с полной шириной СКЯ, ограниченной барьерами 1по,5А1о,5А8. Кроме того, показано, что эффективная ширина зависит от взаимного расположения вставок и профиля потенциала СКЯ в целом. На рис. 2 показано, что расположение слоев 1пАв достаточно близко друг к другу приводит к сильной локализации электронов в области вставки.

0,2

СО О

ui

0,1

0,0 -0,1

♦ ♦

• • •

• • •

• • •

2 4 6

г, нм

1«

i о

Q6

2 InAs

А А А

1 InAs о

е> я

0 1 j 2 „,.

°lnAs> НМ

Рис. 2. Энергии нижней (£0) и двух верхних Рис. 3. Эффективная ширина йе/гв подзон размерного квантования (ЕУ) и (Е2) в случае введения одной и двух вставок

зависимости от расстояния г между двумя ГпЛб при различной толщине слоя

вставками 1пАэ ТпАэ с11пЛ5

При использовании одиночного слоя InAs (это случай г = 0 нм) уровни энергий подзон размерного квантования разнесены по отношению друг к другу и эффективная ширина СКЯ мала. При больших значениях г разница между Еа и Ei уменьшается до — 30 мэВ, что приводит к увеличению межподзонного рассеяния электронов. В случае промежуточного расположения вставок (г = 4 нм) ВФ электронов имеют достаточно большие амплитуды как в центральной области СКЯ, так и в области нановставок, что позволяет, во-первых, сохранить сравнимую с однородной ямой эффективную ширину КЯ, а во-вторых, уменьшить эффективную массу носителей в СКЯ. Кроме того, из рис. 3 видно насколько эффективная ширина ямы в случае введения двух слоев InAs превосходит Д^для одной вставки.

Для расчетной оценки эффективной массы электрона в СКЯ использовано приближение локальной эффективной массы, при котором те* определяется по усреднению те* в каждом из слоев СКЯ гетероструктуры: J те * (z) / mj¥(zy¥ * (z)dz

те*/т0='

\4{z)4!*{z)dz

(1)

где me*(z)/m0 - кусочная функция, отражающая значения те* в разных слоях ге-тероструктуры, тй - масса свободного электрона, а '¡'(:) и yV*(z) — ВФ и комплексно сопряженная ВФ электронов в первой подзоне размерного квантования, соответственно. Такое усреднение предложено исходя из соотношения вероятностей для электрона находиться в той или иной пространственной области СКЯ, где действует локальное приближение эффективной массы. Из выражения (1) видно, что изменение профиля зоны проводимости и, как следствие, сложная форма ВФ определяет эффективную массу носителей в СКЯ. Увеличение амплитуды ВФ электрона в области каждой из вставок дает более сильное уменьшение эффективной массы электрона в СКЯ.

В четвертой главе отражены основные экспериментальные результаты. В первой части главы приведены результаты электрофизических измерений и расчетов транспортного и квантового времени релаксации импульса электронов в гетероструктурах In0,5Alo,5As/InrGai.rAs/Ino,5Alo,5As с ОКЯ InxGai_rAs различной глубины при изменении состава InAs х. Установлено, что по мере повышения содержания InAs в КЯ подвижность и концентрация двумерных электронов увеличиваются вплоть до критического значения х ~ 0,6, превышение которого приводит к уменьшению подвижности электронов вследствие частичной релаксации кристаллической решетки эпитаксиального слоя и появляющихся дислокаций несоответствия. Для исследования заполнения электронами подзон размерного квантования анализировался эффект ШдГ при Т= 4,2 К (рис. 4) в квантующем магнитном поле до 7 Тл. Установлено, что вторая подзона размерного квантования является наиболее восприимчивой к изменениям структуры КЯ. При этом максимальная концентрация электронов сосредоточена в первой подзоне размерного квантования, в то время как вторая подзона существенно менее заполнена электронами. С помощью традиционного метода Фурье-преобразования осцилляции (рис. 5) получены спектры, по которым определены концентрации электронов и,- (/ - номер подзоны) в каждой из подзон размерного квантования.

л/1012, см 2 3

Рис. 4. Осцилляции ШдГ рхх образце с одно- Рис. 5. Фурье спектры осцилляции родной КЯ Гц/За^Ав (л = 0,53) ШдГ для трех образцов с различным

составом КЯ

Методами Дингла (рис. 6) и Фурье-спектров осцилляций ШдГ определено квантовое время рассеяния электронов. Рассчитаны транспортное т, и квантовое

хч времена рассеяния электронов в

1,4

2 1.2 СМ,о

.5 О.8

-Л

0,6

с

■ *=0,7 0,6-10 с; А х-=0,6 т -0.610 '"с

0,4 — 0,2

0,4

0,6 0,8 1/В, 1/Тл

1,0

Рис. 6. Расчет квантового времени рассеяния для трех образцов

первой и второй подзонах. Получено соотношение т/т9 ~ 1,5, свидетельствующее о том, что основным механизмом рассеяния является рассеяние электронов на дислокациях несоответствия вследствие роста дефектности в сильно напряженном слое 1пгОа1лАз (х>0,53).

Вторая часть главы посвящена

комплексному исследованию электрофизических свойств одновременно со структурными особенностями составных ям 1п05 А1о,5 АзЛподэС^^ЛзЛпо'; А105 Ав с одной нановставкой 1пАб. Измерения в ПЭМ показывают, что выращенные образцы обладают высоким структурным совершенством, а размытие границ даже в случае наноразмерной вставки толщиной 1,8 нм составляет всего

1.5 монослоя. При этом в образцах наблюдается сильный г-контраст (рис. 7). Слои, имеющие более высокое содержание тяжелых элементов, а это в рассматриваемых образцах - 1п, в области вставки выглядят светлее.

Рис. 7. ПЭМ изображения образцов с однородной КЯ (а) и СКЯ со вставкой InAs

толщиной 1,8 нм (б)

То же относится к контрасту в слоях Ino.soAlo.soAs/Ino^Gao^As, в которых слой In0is3Ga047As с более тяжелыми атомами Ga по сравнению с AI выглядит светлее. Точные измерения толщин слоев были осуществлены непосредственно по изображениям кристаллической решетки соответствующих слоев гетерост-руктур подсчетом количества кристаллических плоскостей. Толщинные осцилляции, представленные на рис. 8, также подтверждают высокое кристаллическое качество выращенных слоев и четкость гетерограниц. Оценка состава слоев In0 50AI050AS по угловому положению дополнительного пика на кривых дифракционного отражения (КДО) свидетельствует о псевдоморфном росте данных слоев на InP с небольшим рассогласованием параметра решетки. КДО, полученная от тонкой вставки InAs (см. рис. 8, б), имеет свои особенности: помимо пиков от подложки InP (основного) и буфера 1п0,5оAl0 50As, проявляется дополнительный широкий и слабоинтенсивный пик, связанный с образованием гексагональной фазы в слое In0jsoAl0,5oAs вблизи границы раздела.

f. ими/с

Рис. 8. КДО от трех измеренных образцов с ОКЯ (а); СКЯ со вставкой InAs толщиной 1,8 (б) и 3,2 нм (в)

В третьей части главы описано исследование электрофизических свойств СКЯ Ino^Aio.sAs/Ino^Gao/iTAs/Ino^Alo^As с двумя нановставками InAs. Экспериментально показано влияние изменения состава квантовой области на эффективную массу электронов в СКЯ. Проведено сравнение рассчитанных величин те* с учетом непараболичности (НП) энергетического спектра электронов (см. гл. 2) с экспериментально измеренными эффективными массами. Экспериментальные значения те* были определены из эффекта ШдГ (измерения проводились H.A. Юзеевой на кафедре физики низких температур и сверхпроводимости физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова) при двух температурах 4,2 и 8,4 К (рис. 9). Амплитуда осцилляций магнето сопротивления возрастает при понижении температуры, что дает возможность определить циклотронную массу на экстремальных сечениях поверхности Ферми. При учете Н1Т энергетического спектра электронов получено превосходное соответствие экспериментальных величин те* и расчетных данных. Для сравнительного анализа предложена также структура с двумя нанослоями InAs и GaAs в КЯ.

Что касается слоев ОаЛэ, то они вводились в качестве пристеиков КЯ на ге-терограницах ТпоззОао^уАз/Гпо^А10,5Ая для компенсации механической деформации, возникающей в напряженных вставках 1пАз. Кроме того, панослои СтаАз служат фо-нонными барьерами и могут влиять на подвижность горячих электронов. Показано, что введение таких пристенков ОаАэ толщиной 1,1 нм на гетерогранице позволяет понизить те* на 12% Рис. 9. Осцилляции ШдГ при Т=4,2 и 8,4 К по сравнению с однородной ямой 1п0 5зОао47А5 (табл. 1).

Таблица 1. Рассчитанные с учетом непараболичности, и экспериментально изме-

ш 'лЛАрлгга ТТТиКишгппя.пр Гяаэя чтпртшо т *

Состав КЯ пг */т0 (с учетом НП) т*/т0 (ШдГ)

Однородная КЯ 0,0692 0,065±0,001

КЯ + 2 1пАя 0,0441 0,043610,0010

КЯ + 2 ваАз 0,0617 0,0588+0,0010

КЯ + 2 (ГпАБ-ЮаАв) 0,0612 0,059±0,001

В свою очередь, использование СКЯ, состоящей только из двух симметрично расположенных нановставок 1пАб толщиной 1,2 нм, приводит к заметному уменьшению эффективной массы электронов на 26%, при этом сохраняя концентрацию электронов достаточно большой в КЯ. Отметим, что холловская подвижность как в образце с комбинацией слоев 1пАв и ОаАэ, так и в образце с двумя вставками 1пАз немного ниже по сравнению с \хи = 45200 см2/В-с (при Т = 4,2 К) в ОКЯ 1п0,5зОа0>47А8, что связано с незначительными локальными колебаниями толщины вставок 1пАз и рассеянием электронов на шероховатостях

гетерограницы Ino^Gao^As/InAs. При этом в сильных электрических полях дрейфовая скорость Етсыщения определяется эффективной массой электронов и энергией оптического фонона и, поэтому, уменьшение те* играет значительно более существенную роль, нежели увеличение подвижности. Таким образом, впервые предложенная и апробированная конструкция гетероструктуры с двумя слоями InAs с наименьшей эффективной массой является наиболее перспективной в приложениях, требующих аномально высоких частот. При этом увеличение числа нановставок InAs не приводит к желаемому уменьшению т,*, так как в этом случае распределение ВФ электронов имеет вид, почти идентичный ВФ в одиночной яме. Кроме того, справедливость приближения локальной эффективной массы электронов в составной КЯ, даже при наличии тонких нановставок, напрямую подтверждается экспериментальными измерениями.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Установлено, что пониженная температура роста Т = 430°С и давление мышьяка = (0,79-^0,84)-10"5 Topp при эпитаксиальном росте составных КЯ Ino^Gao^As/InAs/rrio^Gao^As, содержащих наноразмерные вставки InAs, позволяют формировать резкие гетероинтерфейсы Ino.sAlo.sAsAno.siGao^As и In0j53Ga0 47As/InAs и достичь высоких значений электронной подвижности це ~ 13 ООО см2/В-с при Т = 300 К.

2. Показано, что гетероструктура с одной центральной вставкой InAs толщиной 1,8 нм в КЯ Ino^Gao^As позволяет увеличить ¡ле при комнатной температуре в двухсторонне 5-легированных структурах более чем на 25% по сравнению с ОКЯ In0js3Gao47As.

3. Установлено, что увеличение толщины центральной вставки InAs позволяет уменьшить эффективную массу носителей в КЯ на 17% по сравнению с ОКЯ In0j53Gao,47As, однако приводит к значительному уменьшению эффективной ширины СКЯ Ino^Gao^As/InAs/Ino^iGao^As вследствие более сильной локализации электронов в области расположения слоя InAs.

4. Предложен и апробирован подход к уменьшению эффективной массы электронов за счет инженерии волновых функций электронов в гетероструктуре со сложной КЯ Ino,53Gao,47As/InAs/Ino,53Gao,47As/InAs/Ino,53Ga0>47As при помощи двух симметрично расположенных нановставок InAs толщиной 1,2 нм с сохранением эффективной ширины составной КЯ. Показано, что эффективная ширина такой составной квантовой системы сильно зависит от расстояния между вставками.

5. Впервые разработана и реализована конструкция гетероструктуры с комбинацией двух наноразмерных вставок InAs в КЯ Ino.53Gao.47As, которая позволяет уменьшить эффективную массу электронов на 26% по сравнению с однородной КЯ Ino.53Gao.47As. Анализ экспериментальных зависимостей амплитуд осцилля-ций ШдГ подтверждает справедливость приближения локальной эффективной массы в составной КЯ с наноразмерными гетеровставками при учете непарабо-личности энергетического спектра электронов, при этом расхождение с теорией составляет не более 1,3%.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Д.С. Пономарев, И.С. Васильевский, Г.Б. Галиев, Е.А. Климов, P.A. Хабибуллин, В.А. Кульбачинский, H.A. Юзеева. Подвижность и эффективная масса электронов в составных квантовых ямах InGaAs с пановставками InAs и GaAs // Физика и техника полупроводников. 2011. Т. 46. Вып. 4. С. 500-507.

2. V.A. Kulbachinskii, N.A. Yuzeeva, G. В. Galiev, Е. A. Klimov, I. S. Vasil'evskii, R. A. Khabibullin, D. S. Ponomarev. Electron effective masses in InGaAs quantum well with InAs and GaAs inserts // Semiconductor Science and Technology. 2012. V. 27. № 3. P. 035021.

3. А.Л. Васильев, И.С. Васильевский, Г.Б. Галиев, P.M. Имамов, Е.А. Климов, М.В. Ковальчук, Д.С. Пономарев, В.В. Роддатис, И.А. Субботин. Структурные и электрофизические свойства квантовых ям с наноразмерными

вставками InAs в гетероструктурах на основе Iny\ 1,^ As/In^Ga,_r As на подложках InP // Кристаллография. 2011. Т. 56. № 2. С. 324-335.

4. Д.С. Пономарев, И.С. Васильевский, Г.Б. Галиев, Е.А. Климов, P.A. Хабибуллин, В.П. Гладков, В.А. Кульбачинский. Инженерия волновых функций в наногетероструктурах InAIAs/InGaAs/InAlAs с композитной квантовой ямой, содержащей нановставки InAs // Ядерная физика и инжиниринг. 2011. Т. 2. № 1, с. 89-93.

5. Д.С. Пономарев, И.С. Васильевский, Г.Б. Галиев, Е. А. Климов, P.A. Хабибуллин, В.А. Кульбачинский. Моделирование зонной диаграммы и расчет эффективной массы электронов в составных квантовых ямах InGaAs с нанослоями GaAs/InAs // Нано — и микросистемная техника. 2011. № 12. С. 16-19.

6. Д.С. Пономарев, P.A. Хабибуллин, И. С. Васильевский, Г. Б. Галиев, В. А. Кульбачинский, H.A. Юзеева, В.П. Гладков, Н.И. Каргин, М.Н. Стриханов. Квантовое и транспортное времена рассеяния электронов в наногетероструктурах InosAlo.sAs/IrijGai.jAs/Ino.sAlo^As с повышенным содержанием индия // Ядерная физика и инжиниринг. 2012. Т. 3. № 2. С. 1-6.

7. Полупроводниковая наногетероструктура InosAlo^As/In^Gai^As с составной активной областью Ino^Gao^vAs/InAs/Ino^Ga^As/InAs/Ino^Gao^As с двумя вставками InAs // Д.С. Пономарев, И.С. Васильевский, Г.Б. Галиев, Е.А. Климов, P.A. Хабибуллин. Патент РФ № 113071 от 12.10.2011 г.

8. G.B.Galiev, I.S.Vasil'evskii, E.A.Klimov, D.S.Ponomarev, J.Pozela, K.Pozela, A.Suziedelis, V.Juciene, C.Paskevic, S.Kersulis, V.Stankevic. Electron mobility and high-field drift velocity enhancement in InAIAs/InGaAs/InAlAs quantum well heterostructures // In: Abstracts of the 19th Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology", 20-25 June, 2011, Ekaterinburg, Russian Federation, P. 57.

9. И.С. Васильевский, Г.Б. Галиев, Е.А. Климов, Д.С. Пономарев, P.A. Хабибуллин. Разработка Р-НЕМТ гетероструктур с тоиким подзатворным барьером для приборов Ка и V диапазонов // Материалы докладов научно-

практической конференции по физике и технологии наногетероструктурной СВЧ-электроники «Мокеровские чтения». 2011. С. 46.

10. И.С. Васильевский, Г.Б. Галиев, Е.А. Климов, В.А. Кульбачинский, Д.С. Пономарев, H.A. Юзеева. Эффективная масса электронов в наногетерострукту-рах InAlAs/InGaAs/InAIAs/InP с тонкими нановставками InAs и/или GaAs в квантовой яме. И Материалы докладов IX-ой Курчатовской молодежной научной школы, 2011, РНЦ «Курчатовский Институт», с. 124.

11. И.С. Васильевский, Г.Б. Галиев, Е.А. Климов, Д.С. Пономарев. // Подвижности электронов в составных квантовых ямах InAlAs/InGaAs/InAIAs/InP с наноразмерными вставками InAs. // Материалы докладов 1-ой Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых по тематическому направлению деятельности национальной нанотехнологической сети «Функциональные наноматериалы для энергетики», 2011, с. 38.

12. И.С. Васильевский, Д.С. Пономарев, Г.Б. Галиев, Е.А. Климов, В.А. Кульбачинский, H.A. Юзеева. Подвижность и эффективная масса электронов в составных квантовых ямах InGaAs с нановставками InAs. // Материалы докладов научно-практической конференции по физике и технологии наногетероструктурной СВЧ-электроники «Мокеровские чтения», 2011, с. 50.

13. Д.С. Пономарев, A. JI. Васильев, И. С. Васильевский, Г. Б. Галиев, P.M. Имамов, Е.А.Климов, М. В. Ковальчук, В. В. Роддатис, А.Субботин. Структурные и электрофизические свойства квантовых ям с наноразмерными вставками InAs в гетероструктурах на основе InyVli-yAs/IrvGabjAs на подложках InP. // Материалы докладов IV международной конференции "Кристаллофизика XXI века", 2010, с. 108.

14. Д.С. Пономарев, И.С.Васильевский, Г.Б.Галиев, Е.А.Климов, В.А.Кульбачинский. Влияние композиции наногетероструктуры InAlAs/InGaAs/InAlAsAnP на электронный магнетотранспорт // Труды научной сессии МИФИ, 2009, т. 2, с. 86.

Подписано в печать:

26.09.2012

Заказ № 7634 Тираж - 100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

Актуальность темы.

Цель и задачи работы.

Научная новизна работы.

Научная и практическая значимость работы.

Основные положения, выносимые на защиту.

Достоверность научных положений, результатов и выводов.

Личный вклад соискателя.

Объем и структура работы.

Апробация работы.

Публикации по теме диссертации.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Современное состояние проблемы.

1.2. Выводы из обзора литературы.

2. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МЕТОДЫ.

2.1. Молекулярно - лучевая эпитаксия.

2.1.1 Физика поверхностных процессов.

2.1.2 Модели эпитаксиального роста.

2.1.3 Критическая толщина эпитаксиального слоя.

2.1.4. Высокополевой транспорт в гетеросистемах.

2.1.5. Схема установки МЛЭ ЦНА -24.

2.2. Методы исследования и анализа полученных структур.

2.2.1. Гальваномагнитные эффекты.

2.2.2. Продольное магнетосопротивление в квантующем магнитном поле.

2.2.3. Просвечивающая электронная микроскопия.

2.2.4. Рентгеновская дифрактометрия и рефлектометрия.

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕТЕРОСТРУКТУР.

3.1. Расчет зонной структуры образцов с одиночной квантовой ямой 1пхСа1.хА5 различной глубины.

3.1.1. Образцы с односторонним и двухсторонним 8-легированием кремнием.

3.2. Расчет зонной структуры образцов с составной квантовой ямой.

3.2.1. Инженерия потенциального профиля и волновых функций электронов.

3.2.2. Образцы с одной вставкой 1пАз различной толщины в активной области.

3.2.3. Образцы с двумя вставками 1пАз и/или СаАБ в активной области.

3.3. Расчет эффективной массы электронов в составной квантовой яме.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

4.1. Определение доминирующего механизма рассеяния в гетероструктурах 1по 52А10 48А8ЯпхОа,.хА8/1п0 52А1о48А8 различной глубины.

4.1.1. Образцы. Структура и рост.

4.1.2. Подвижность и концентрация двумерного электронного газа.

4.1.3. Определение квантового и транспортного времен рассеяния электронов.

4.1.4. Эффективная масса электронов в однородной квантовой яме.

4.2. Исследование электрофизических и структурных особенностей в составных КЯ 1По5А1о5А8/1по5зСао47Аз/1По5А1о5А5 с одной вставкой 1пА5.

4.2.1. Образцы. Структура и рост.

4.2.2. Определение дефектов и содержания индия в слоях гетероструктуры по измерениям электронной микроскопии.

4.2.3. Определение содержания индия в слоях гетероструктуры по кривым дифракционного отражения.

4.2.4. Подвижность и концентрация двумерного электронного газа при введении одиночной вставки InAs.

4.2.5. Эффективная масса электронов в КЯ с одной вставк.

4.3. Исследование электрофизических параметров составных КЯ Irio.52Alo.48As/

InxGaixAs/Iiio.52Alo.48As с двумя нановставками InAs и/или GaAs.

4.3.1. Образцы. Структура и рост.

4.3.2. Измерения просвечивающей растровой электронной микроскопии.

4.3.3. Подвижность и концентрация двумерного электронного газа в составной квантовой яме, содержащей вставки GaAs и/или InAs.

4.3.4. Определение эффективной массы с помощью эффекта Шубникова-де Гааза.

5. ВЫВОДЫ.

Актуальность темы

Развитие полупроводниковой электроники привело, с одной стороны, к созданию сверхбольших интегральных схем (СБИС), основанных на кремниевой технологии, с другой стороны - к созданию твердотельной электроники сверхвысоких частот (СВЧ), вплоть до 10й Гц. Системы с использованием СВЧ сейчас наиболее важны в приложениях радиолокации, спутниковом телевидении, многоканальных системах беспроводной связи, в том числе — космической и специальной. Увеличение частотного диапазона вплоть до ТГц области спектра на сегодняшний день необходимо вследствие перегруженности существующих диапазонов, а также нарастания плотности информации. Кроме того, благодаря специфике взаимодействия ТГц излучения с веществом созданы уникальные методы спектроскопии и терави-дения для систем диагностики и безопасности. СВЧ твердотельная электроника имеет заметно меньший уровень интеграции схем и использует в качестве базовых функциональных материалов не кремний, а другие полупроводники или многослойные гетероструктуры на основе различных полупроводников, в основном - соединений ТТТ и V групп периодической системы элементов таблицы Д.И. Менделеева (АЗВ5). Этот выбор продиктован уникальными свойствами таких структур - обеспечением в несколько раз более высоких дрейфовых скоростей насыщения электронов, чем в кремнии, а также возможностью инженерии зонной структуры. Главное преимущество гетероструктур заключается в использовании двумерного электронного газа, который локализуется в потенциале квантовой ямы (КЯ) в поперечном направлении. Низкоразмерные системы проявляют уникальные новые свойства, связанные с размерным квантованием энергии и квазиимпульса электронов, а также с пространственным распределением зарядов (например, квантовый эффект Холла, сверхвысокие подвижности электронов).

В последние два десятилетия наблюдается интенсивное развитие промышленного освоения гетероструктурных СВЧ приборов, в том числе НЕМТ (high electron mobility transistor) на основе гетеросистем InGaAs/InAlAs/InAlAs на подложках фосфида индия (InP). Возрастает также число научных работ, посвященных исследованиям таких гетероструктур. Такая тенденция объясняется заметными преимуществами, которые дает использование InP НЕМТ структур в приложениях, требующих достаточно высоких частотных и низких шумовых параметров. В то время как псевдоморфные НЕМТ приборы на GaAs ограничены величиной мольной доли InAs в 20-К30%, в канале НЕМТ приборов на InP возможно повышение этой величины до 70% и более. Помимо этого, за счет введения дополнительного слоя InAs в активную область гетероструктуры возможно увеличить электронную подвижность за счет уменьшения эффективной массы электронов, однако при этом возникает механическое напряжение слоя и ограничение, связанное с релаксацией решетки. Поэтому, уменьшение накопления механической деформации в растущих слоях является и по сей день актуальной проблемой. Оптимизация конструкции и дизайна гетероструктуры становится ключевой задачей для достижения рекордных значений подвижности и, одновременно, концентрации двумерных электронов, что обеспечит большую проводимость канала транзистора и высокий к.п.д. Исследование влияния конструктивных особенностей наногетероструктуры, выбор состава и толщины активного слоя - КЯ, применение напряженных слоев, способа легирования (одностороннее или двухстороннее) и изучение структурных особенностей гетероструктур является комплексной и сложной задачей. При помощи эпитаксиальной технологии возможно создать сложную двумерную систему с КЯ, составленной из нескольких гетерослоев, для формирования зонного профиля с одновременным учетом ограничений, накладываемых механическими свойствами гетероматериалов. При этом для получения максимальной информации о такой системе необходимо привлекать не только традиционные измерения холлов-ских параметров при комнатной температуре, но и подробно проанализировать взаимосвязь структурных и электрофизических параметров, с использованием ряда методик, таких как температурные зависимости сопротивления, квантовые осцилляционные эффекты.

Необходимо решение вопросов и развитие существующих подходов, учитывающих изменение электрофизических свойств конкретной гетероструктуры за счет изменения состава квантовой ямы (например, увеличения мольной доли InAs в слое InGaAs). Кроме того, необходимо учитывать ухудшение кристаллического совершенства эпитаксиальных слоев за счет частичной релаксации напряжений в квантовой области гетероструктуры, образование протяженных дефектов, включение новой кристаллической фазы с параметром решетки, отличным от параметра решетки подложки InP. Таким образом, стоящая задача вовлекает исследование фундаментальных электронных свойств новых КЯ совместно с контролем их структурных параметров.

Цель и задачи работы

Целью работы явилось установление влияния введения одной и нескольких наноразмер-ных вставок нелегированного InAs в квантовую яму Ino^Gao^As на электрофизические и структурные свойства наногетероструктур Ino^AlojAs/Ino^Gao^As/InojAlo^As.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи.

• Исследован электронный транспорт в выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) образцах с одиночной (ОКЯ) и составной (СКЯ) ямой InGaAs, содержащих одну или две наноразмерные вставки InAs.

• Изучено влияние состава, ширины однородной и составной КЯ, а также способа 8-легирования кремнием (одностороннего и двухстороннего) на электрофизические свойства гетероструктур: электронную подвижность \ie и концентрацию электронов пе в КЯ при различных температурах (Т= 4,2; 77 и 300 К).

• Проведен расчет зонной структуры образцов с помощью самосогласованного решения уравнений Шредингера и Пуассона и результаты сопоставлены с экспериментальными данными.

• Исследован и проанализирован низкотемпературный магнетотранспорт (эффект Шуб-никова-де Гааза) в образцах с КЯ обоих типов; определено заполнение подзон размерного квантования электронами. В образцах с ОКЯ оценено соотношение подвижностей электронов в двух заполненных подзонах.

• В образцах с ОКЯ различной глубины определены квантовое хч и транспортное т, времена рассеяния электронов в каждой подзоне размерного квантования методами Дингла и Фурье - спектров осцилляций Шубникова-де Гааза (ШдГ); из анализа т,/тд установлен доминирующий механизм рассеяния электронов.

• Проведено комплексное исследование влияния введения одной наноразмерной вставки ТпАя различной толщины в центр КЯ 1п(),5зОа0,47Ак на электрофизические свойства и структурные особенности наногетероструктур Тпо^АЬ^АзЛпо^зОао^уАзЛпо^АЬ^Аз с двухсторонним дельта-легированием кремнием.

• Теоретически рассчитаны и экспериментально измерены эффективные массы электронов в структурах с одиночной КЯ и СКЯ.

Научная новизна работы

При выполнении работы получены следующие результаты.

1. Впервые показано влияние введения двух нановставок 1пАб и/или ваАв на электрофизические свойства в наногетероструктурах с СКЯ 1п,,А 11 .^АзЛпгОа 1 АэЛи^А! | -3А5 ЛпР.

2. Предложена технология формирования методом МЛЭ наногетероструктур 1по,5А1о,5А8/1по,5зОао,47А5/1по,5А1о,5А8 с наноразмерными вставками 1пАб с резкими границами раздела, что подтверждено совместно методами рентгеновской дифрактометрии и просвечивающей электронной микроскопии.

3. Впервые показано, что изменение эффективной массы электронов в составной КЯ связано не только с изменением среднего состава, но также с инженерией зонного профиля и волновых функций (ВФ) электронов.

4. Впервые предложена конструкция наногетероструктуры с двумя нановставками 1пАб, в которой достигнуто заметное уменьшение эффективной массы электронов по сравнению со структурой с одиночной решеточно-согласованной КЯ 1по,5зОао,47А5.

Научная и практическая значимость работы

Полученные результаты диссертационной работы расширяют известные ранее представления об электронном транспорте и структурных особенностях наногетер о структур, а также описывают свойства новой предложенной конструкции гетероструктур на основе гетероси-стемы 1по,5А1о,5А5/1п1Оа1.л:А5/1по,5А1о,5А5. Результаты могут быть полезны в работах, ставящих своей целью оптимизацию активных слоев гетероструктур, уменьшение плотности дислокаций в растущих эпитаксиальных слоях, исследование механизмов рассеяния электронов в составных квантовых ямах. Практическая ценность работы связана с тем, что подобные гете-роструктуры являются материалом для построения элементной базы современных СВЧ устройств миллиметрового диапазона. Впервые предложенная композиция гетероструктуры с несколькими вставками 1пА5 может привести к созданию СВЧ приборов с высокими значениями частоты и крутизны, а также стимулирует новые исследования в направлении развития и изучения перспективных конструкций гетероструктур с функциональными слоями за счет инженерии зонной структуры и уменьшения эффективной массы носителей в КЯ. Таким образом, предложенная технология создания гетероструктур с составными КЯ позволяет создавать базовые наноматериалы для устройств современной твердотельной СВЧ электроники миллиметрового диапазона длин волн.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Разработанная методика роста гетероструктур методом МЛЭ при пониженной температуре и уменьшенном давлении мышьяка с одной и двумя нановставками 1пАб с резкими гете-роинтерфейсами [по^АЬ^АзЛпо^зОао^Аз и 1по,5зОао,47А5/1пА8, позволяющая достичь высоких значений подвижности ~ 13 ООО см2/В с при Т = 300 К.

2. Установленное уменьшение эффективной ширины составной КЯ 1по,5зОао,47А8/1пА5/1по,5зСао,47А5 с увеличением толщины центральной вставки 1пАз.

3. Установленная зависимость изменения отношения квантового к транспортному времен релаксации импульса в гетероструктурах с повышенным содержанием 1пАз в КЯ Ь^Оа^Аз.

4. Разработанный подход к уменьшению эффективной массы электронов за счет введения в КЯ симметрично расположенных нановставок 1пАя.

5. Экспериментально полученное подтверждение справедливости приближения локальной эффективной массы электронов в составной КЯ с наноразмерными гетеровставками 1пАв и/или ваАв, рассчитанной с учетом непараболичности энергетического спектра электронов.

Достоверность научных положений, результатов и выводов

Достоверность научных результатов обусловлена применением современных и общепризнанных экспериментальных методов: МЛЭ, рентгеновской дифрактометрии, просвечивающей электронной микроскопии, а также измерениями эффектов Холла и Шубникова-де Гааза и т.д. Полученные в работе результаты и выводы не противоречат ранее известным данным, неоднократно апробированы на Международных и российских конференциях и научных семинарах.

Личный вклад соискателя

Соискатель принимал активное участие на всех стадиях работы. Им был выполнен анализ имеющихся литературных (отечественных и зарубежных) данных по теме, а также основная часть экспериментальных и расчетных работ по исследованию электронного транспорта, измерения электрофизических параметров при помощи эффектов Холла в наногетеро-структурах InAlAs/InGaAs/InAlAs. Расчет зонной структуры, рост образцов методом МЛЭ, обработка данных измерений эффекта ШдГ проводились также с непосредственным участием соискателя.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав основного содержания и выводов, содержит 145 страниц, включая 71 рисунок, 15 таблиц и список цитируемой литературы из 172 наименований.

выводы

1. Установлено, что пониженная температура роста Т = 430°С и давление мышьяка Pas = (0,79-Ю,84)-10"5 Topp при эпитаксиальном росте составных КЯ Ino,53Gao,47As/InAs/Ino,53Gao,47As, содержащих наноразмерные вставки InAs, позволяют формировать резкие гетероинтерфейсы Tno,5Alo,5As/Ino,53Gao,47As и In0,53Gao,47As/InAs и достичь высоких значений электронной подвижности ~ 13 ООО см2/В с при Т = 300 К.

2. Показано, что гетероструктура с одной центральной вставкой InAs толщиной 1,8 нм в КЯ Ino^Gao^As позволяет увеличить при комнатной температуре в двухсторонне 8-легированных структурах более чем на 25% по сравнению с ОКЯ Ino,53Gao,47As.

3. Установлено, что увеличение толщины центральной вставки InAs позволяет уменьшить эффективную массу носителей в КЯ на 17% по сравнению с ОКЯ Ino,53Gao,47As, однако приводит к значительному уменьшению эффективной ширины СКЯ Ino,53Gao,47As/InAs/Ino,53Gao,47As вследствие более сильной локализации электронов в области расположения слоя InAs.

4. Предложен и апробирован подход к уменьшению эффективной массы электронов за счет инженерии волновых функций электронов в гетероструктуре со сложной КЯ Ino,53Gao)47As/InAs/Ino>53Gao,47As/InAs/Ino,53Gao,47As при помощи двух симметрично расположенных нановставок InAs толщиной 1,2 нм с сохранением эффективной ширины составной КЯ. Показано, что эффективная ширина такой составной квантовой системы сильно зависит от расстояния между вставками.

5. Впервые разработана и реализована конструкция гетероструктуры с комбинацией двух на-норазмерных вставок InAs в КЯ Ino^Gao^As, которая позволяет уменьшить эффективную массу электронов на 26% по сравнению с однородной КЯ Ino^Gao^As. Анализ экспериментальных зависимостей амплитуд осцилляций ШдГ подтверждает справедливость приближения локальной эффективной массы в составной КЯ с наноразмерными гетеровставками при учете непараболичноети энергетического спектра электронов, при этом расхождение с теорией составляет не более 1,3%.

1. В.Г. Дубровский. "Теоретические основы технологии полупроводниковых наноструктур" // С.-П, 347 с. (2006).

2. J. R. Arthur. "Molecular beam epitaxy" // Surface Science, 500, p. 189-217 (2002).

3. Ж. И. Алфёров. "История и будущее полупроводниковых гетероструктур" // ФТП, 32 (1), 3-18 (1998).

4. Л. Ченг, К. Плог. "Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры" // М.: Мир, 584 с. (1989).

5. А. С. Gossard. "Epitaxial microstructures" //Academic Press, Inc., 427 p. (1994).

6. Y. Yamashita, A. Endoh, K. Shinohara, K. Hikosaka, T. Matsui, S. Hiyamizu, T. Mimura. "Pseudomorphic Ino 52AI0 48As/Ino yGao 3AS HEMTs with an ultrahigh fx of 562 GHz" // IEEE Electron. Dev. Lett., 23 (10), 573-575 (2002).

7. X. Wallart, B. Pinsard, F. Mollot. "High-mobility InGaAs/InAlAs pseudomorphic heterostructures on InP (001)" // J. Appl. Phys., 97, 053706-1-053706-6 (2005).

8. S. Gozu, T. Kita, Y. Sato, S. Yamada, M. Tomizaw. "Characterization of high indium content metamorphic InGaAs/InAlAs modulation-doped heterostructures" // J. Crys. Growth, 227-228, 155-160 (2001).

9. H.W. Dong, Y.W. Zhao, Y.P. Zeng, J.H. Jiao, J.M. Li, L.Y. Lin. "Influence of semi-insulating InP substrates on InAlAs epilayers grown by molecular beam epitaxy" // J. Crys. Growth, 250, 364369 (2003).

10. H. Li, J. Wu, Z. Wang, J. Liang. B. Xu, C. Jiang, Q. Gong, F. Liu, W. Zhou. "Growth and characterization of InGaAs/InALAs/InP high-electron-mobility transistor structures towards high channel conductivity" // J. Crys. Growth, 186, 309-314 (1998).

11. T. Enoki, K. Arm, Y. Ishii. "Delay time analysis for 0.4- to 0.5 (im-gate InAlAs/InGaAs HEMT's" // IEEE Electron. Dev. Lett., 11 (11), 502-504 (1990).

12. K. Shinohara, Y. Yamashita, A. Endoh, I.Watanabe, K. Hikosaka, T. Matsui, T. Mimura, S. Hiyamizu. "547-GHz fx Ino ?Gao 3As/Ino 52AI0 4sAs HEMTs with deduced source and drain resistance" // IEEE Electron. Dev. Lett, 25 (5), 241-243 (2004).

13. G. Ng, D. Pavlidis, M. Jaffe, J .Singh, H. Chau. "Design and experimental characteristics of strained In0 52AI0 48As/InxGaixAs (x>0.53) HEMT's" // IEEE Trans. Electron. Dev., 36 (10), 2249-2259(1989).

14. Y. Ando, T. Itoh. "DC, Small-Signal, and Noise Modeling for Two- Dimensional Electron Gas Field-Effect Transistors Based on Accurate Charge-Control Characteristics" // IEEE Trans. Electron. Dev., 31 (1), 67-78 (1990).

15. W. Masselink. "Real-space-transfer of electrons in InGaAs/InAlAs heterostructures" // Appl. Phys. Lett, 67 (6), 801-803 (1995).

16. S. Bandy, C. Nishimoto, S. Hyder, C. Hooper. "Saturation velocity determination for In0 53Ga0 47As field-effect transistors" // Appl. Phys. Lett, 38 (10), 817-819 (1981).

17. C. Leifso, J. W. Haslett. "An Analytic Model for Estimating the Length of the Velocity Saturated Region in GaAs MESFET's" // IEEE Trans. Electron. Dev., 47 (5), 905-909 (2000).

18. K. Yokoyama. "Drift velocity comparison between high electron mobility transistors and doped - channel field-effect transistors at very small dimensions" // J. Appl. Phys. 63 (3), 938-943 (1987).

19. D. Hoyniaka, E. Nowak, R. L. Anderson. "Channel electron mobility dependence on lateral electric field in field-effect transistors" // J. Appl. Phys., 87 (2), 876-881 (2000).

20. J. M. Barkera, D. K. Ferry, D. D. Koleske, R. J. Shul. "Bulk GaN and AlGaN/GaN heterostructure drift velocity measurements and comparison to theoretical models" // J. Appl. Phys., 97, 063705-1-063705-5 (2005).

21. B. E. Foutz, S. K. O'Leary, M. S. Shur, L. F. Eastman. "Transient electron transport in wurtzite GaN, InN, and A1N" // J. Appl. Phys., 85 (11), 7727-7734 (1999).

22. Y. Wu, J. M. Hinckley, J. Singh. "Extraction of Transport Dynamics in AlGaN/GaN HFETs Through Free Carrier Absorption" // J. Electron. Mater., 37 (5), 578-584 (2008).

23. R. Lai, H. Wang, Y. C. Chen, T. Block, P. H. Liu, D. C. Streit, D. Tran, P. Siegel, M. Barsky, W. Jones, T. Gaier. "D-Band MMIC LNAs with 12 dB Gain at 155 GHz Fabricated on a High

24. Yield InP HEMT MMIC Production Process" 11 International Conference on Indium Phosphide and Related Materials (ICIPRM) (Cape Cod, Massachusetts), 241-244 (1997).

25. K. Higuchi, M. Kudo, M. Mori, T. Mishima. "First High Performance InAlAs/InGaAs HEMTs on GaAs Exceeding That on InP" // International Electron Devices Meeting (IEDM) Technical Digest, 891-894 (1994).

26. D. C. Streit, K. L. Tan, R. M. Dia, A. C. Han, P. H. Liu, H. C. Yen, P. D. Chow. "High Performance W-Band InAlAs/InGaAs/InP HEMTs" // Electron. Letters, 279, 1149-1150 (1991).

27. K. Joshin, S. Asai, Y. Hirachi, M. Abe. "Experimental and Theoretical Noise Analysis of Microwave HEMTs" // IEEE Trans. Elect. Dev., 36 (10), 2274-2280 (1989).

28. Y. Chen, W. Hsu, R. Hsu, Y. Wu, Y. Chen. "Characteristics of In0.s2Al0.48As/InxGai.xAs HEMT's with various InxGa,xAs channels" // Solid State Elect., 48, 119-124 (2004).

29. J. Hu, K. Saraswa, H. Philip Wong. "Experimental demonstration of Ino.53Gao.47As field effect transistors with scalable nonalloyed source/drain contacts" // Appl. Phys. Lett., 98, 062107-1062107-3 (2011).

30. L. D. Nguyen, A. S. Brown, M. A. Thompson, L. M. Jelloian. "50-nm self-aligned-gate pseudomorphic AlInAs/GalnAs high electron mobility transistors" IEEE Trans. Elect. Dev., 39, 2007-2014(1992).

31. T. Suemitsu, T. Ishii, H. Yokoyama, T. Enoki, Y. Ishii, T. Tamamura. "30-nm-gate InP-based lattice-matched high electron mobility transistors with 350 GHz cutoff frequency" // Jpn. J. Appl. Phys. Part 2. 38, 154-156 (1999).

32. A. Endoh, Y. Yamashita, M. Higashiwaki, K. Hikosaka, T. Mimura, S. Hiyamizu, T. Matsui. "High fT 50-nm-gate lattice-matched InAlAs/InGaAs HEMT's" // Proc. Int. Conf. Indium Phosphide and Related Materials, 87-90 (2000).

33. A. S. Wakita, C. -Y. Su, H. Rohdin, H. -Y.Liu, A. Lee, J. Seeger, V. M. Robbins. "Novel high-yield trilayer resist process for 0.1 p.m T-gate fabrication" // J. Vac. Sci. Technol. B, 13, 2725-2728 (1995).

34. S. R. Bahl, J. A. del Alamo, "Elimination of mesa-sidewall gate recessing," // IEEE Electron. Dev. Letters, 13, 195-197 (1992).

35. N. Hayafuji, Y. Yamamoto, T. Ishida, K. Sato. "Degradation mechanism of the AlInAs/GalnAs high electron mobility transistor due to fluorine incorporation" // Appl. Phys. Lett., 69,4075-4077 (1996).

36. A. Wakejima, K. Onda, Y. Ando, A. Fijihara, E. Mizuki, T. Nakayama, H. Miyamoto, M. Kuzuhara. "Electrical properties of InAlAs/InGaAs modulation doped structure after SiN passivated annealing"//J. Appl. Phys., 81, 1311-1314 (1997).

37. T.W. Kim, D.Y. Kim, J. A. del Alamo. "Logic Characteristics of 40 nm thin-channel InAs HEMT's" // International conference of Indium Phosphide and Related materials conference proceedings 22nd EPRM, (2010).

38. T. Akazaki, K. Arai, T. Enoki, Y. Ishii. "Improved InAlAs/InGaAs HEMT characteristics by inserting an InAs layer into the InGaAs channel" // IEEE Electron. Dev. Lett., 92, 325 327 (1992).

39. T.M. Burke, M.L. Leadbeater, E.H. Linfeld, N.K. Patel. "Ultrashort FETs formed by GaAs/AlGaAs MBE regrowth on a patterned d doped GaAs layer" // J. Cryst. Growth, 201/202, 761-764 (1999).

40. S. Bollaert, Y. Cordier, M. Zaknoune, H. Happy, V. Hoel, S. Lepilliet, D. Theron, A. Cappy. "The indium content in metamorphic InxAluxAs/InxGaixAs HEMTs on GaAs substrate: a new structure parameter" // Sol. St. Electron. 44, 1021-1027 (2000).

41. C. L. Wu, W. C. Hsu, H. M. Shieh, W. C. Liu. "Mobility enhancement in double delta-doped GaAs/InxGaixAs/GaAs pseudomorphic structures by grading the heterointerfaces" // Appl. Phys. Lett., 64, 3027 (1994).

42. M.S. Goorsky, J.W. Eldredge, S.M. Lord, J.S. Harris. "Structural properties of highly mismatched InGaAs-based devices grown by molecular beam epitaxy on GaAs substrates" // J. Vac. Sci. Technol. B, 12, 1034-1037 (1994).

43. F. Capotondi, G. Biasiol, D. Ercolani, L. Sorba. "Scattering mechanisms in undoped Ino 75Gao 25As/Ino 75AI0 25AS two-dimensional electron gases" // J. Crys. Growth, 278, 538-543 (2005).

44. W.M. Chen, I.A. Buyanova, C.W. Tu. "Applications of defect engineering in InP-based structures" // Mat. Sci. Engin. B, 75, 103-109 (2000).

45. V. Guzenko, T. Schapers, H. Hardtdege. "Weak antilocalization in high mobility GaxInixAs/InP two-dimensional electron gases with strong spin-orbit coupling" // Phys. Rev. B., 76, 165301-1-165301-5 (2007).

46. D. J. Dunstan, S. Young, H. Dixon. "Geometrical theory of critical thickness and relaxation instrained-layer growth" // J. Appl. Phys., 70 (6), 3038-3045 (1991).

47. J. Schneider, J.-T. Pietralla, H. Heinecke. "Control of chemical composition and band gap energy in GaxIni.x.yAlyAs on InP during molecular beam epitaxy"// J. Cryst. Growth, 175/176, 184-190(1997).

48. P. Lorenzinia, Z. Bougrioua, A. Tiberj, R. Tauk, M. Azize, M. Sakowicz, K. Karpierz, W. Knap. "Quantum and transport lifetimes of two-dimensional electrons gas in AlGaN/GaN heterostructures" // Appl. Phys. Lett., 87, 232107-1-232107-3 (2005).

49. F. B. Mancoff, L. J. Zielinski, С. M. Marcus, K. Campman, A. C. Gossard. "Shubnikov-de Haas oscillations in a two-dimensional electron gas in a spatially random magnetic field" // Phys. Rev. В., 53 (12), 7599-7602 (1996).

50. Ю. Пожела, К. Пожела, В. Юцене. "Подвижность и рассеяние электронов на полярных оптических фононах в гетероструктурных квантовых ямах" // ФТП, 34 (9), 1053-1057 (2000).

51. J. Pozela, V. Juciene, A. Namajunas, К. Pozela. "Electron-phonon scattering engineering" // ФТП, 31 (1), 85-88 (1997).

52. V.A. Kulbachinskii, R. A. Lunin, V. A. Rogozin, Yu. V. Fedorov, Yu. Khabarov, A. de Visser. "Optical and transport properties of short-period InAs/GaAs superlattices near quantum dot formation". Semicond. Sci. Technol., 17, 947 (2002).

53. T.W. Kim, M. Jung. "Magnetotransport, excitonic transition and electronic structure studies of modulation-doped InxGai.xAs/InyAliyAs asymmetric coupled double quantum wells" // Sol. St. Commun, 109, 483-488 (1999).

54. T.W. Kim, M. Jung, H. L. Park, S. D. Lee. "Transition behavior from coupled to uncoupled CdTe/ZnTe assymetric double quantum wells" // Phys. Rev. В., 52 (3), 1467-1469 (1995).

55. J. Tsai. "High-performance AlInAs/GalnAs 5-doped HEMT with negative differential resistance switch for logic application" // Sol. St. Electron, 48, 81-85 (2004).

56. K.-W. Liu, A.F.M. Anwar. "A self-consistent model for small-signal parameters and noise performance of InAlAs/InGaAs/InAlAs/InP HEMTs" // Sol. St. Electron, 47, 763-768 (2003).

57. J. B. Uhrer, A. Krost, and D. B. Bimberg. "Composition dependence of band gap and type of lineup in In,.x.yGaxAIyAs/lnP heterostructures" // Appl. Phys. Lett, 63 (14), 1918-1920 (1993).

58. N. Kotera, H. Arimoto, N. Miura, K. Shibata, Y. Ueki, К. Tanaka, H. Nakamura, T. Mishima, K. Aiki, M. Washima. "Electron effective mass and nonparabolicity in InGaAs/InAlAs quantum wells lattice-matched to InP" // Phys. E, 11, 219-223 (2001).

59. T.W. Kim, D.C. Choo, K.H. Yoo, C.J. Meining, B.D. McCombe. "Electronic parameters and electronic structures in modulation doped highly strained InxGaixAs/InyAli.yAs coupled double quantum wells" // Sol. St. Commun, 129, 533-537 (2004).

60. T. Nakayama, H. Miyamoto. "Modulation doped structure with thick strained InAs channel beyond the critical thickness" // J. Crys. Growth, 201/202, 782-785 (1999).

61. K. Radhakrishnan, T.H.K. Patrick, H.Q. Zheng, P.H. Zhang, S.F. Yoon. "InP/InxGai.xAs (0.53<x<0.81) high electron mobility transistor structures grown by solid source molecular beam epitaxy" // J. Crys. Growth, 207, 8-14 (1999).

62. Т. Akazaki, J. Nitta, Н. Takayanagi. "Improving the mobility of an In0 52AI0 4gAs/lno 53Gao 47AS inverted modulation-doped structure by inserting a strained InAs quantum well" // Appl. Phys. Lett., 65 (10), 1263-1265 (1994).

63. J. Nitta, Y. Lin, T. Koga, T. Akazaki. "Electron g-factor in a gated InAs-inserted -channel In0 53Ga047As/In0 52Al0 48As heterostructure" // Phys. E, 20, 429-432 (2004).

64. Y. Lin, J. Nitta, T. Koga, T. Akazaki. "Electron g factor in a gatedlnGaAs channel with double InAs-inserted wells" // Phys. E, 21, 656-660 (2004).

65. C. Hu, J. Nitta, T. Akazaki, H. Takayanagi. "Evidence of the Coulomb gap observed in an InAs inserted Ino 53Ga() 47 As/Infl 52Alo4gAs heterostructure" // Phys. E, 7, 795-798 (2000).

66. H. Sexl, G. Böhm, D. Xu, H. Heiß, S. Kraus, G. Trankle, G. Weimann. "MBE growth of double-sided doped InAlAs/InGaAs HEMTs with an InAs layer inserted in the channel"// J. Crys. Growth., 175/176, 915-918 (1997).

67. W. Hong. P. Bhattacharya. "High-field transport in InGaAs/InAlAs modulation-doped heterostructures" // IEEE Trans. Electron. Dev., 34, 1491-1495 (1987).

68. M. JI. Орлов, JI. К. Орлов. "Механизмы отрицательного сопротивления и генерации те-рагерцового излучения в короткоканальном транзисторе Ino53Gao47As/Ino52Alo4sAs" // ФТП, 43 (5), 679-688 (2009).

69. D -H Kim, J A del Alamo "Scalability of Sub-100 nm InAs HEMTs on InP Substrate for Future Logic Applications" // IEEE Trans Electr Dev , 57 (7), 1504-1511 (2010)

70. D -H Kim, J A del Alamo "Lateral and Vertical Scaling of In0 7Ga0 3As HEMTs for Post-Si-CMOS Logic Applications" // IEEE Trans Electron Dev , 55 (10), 2546-2553 (2008)

71. Y Kwon, T L Brock "Experimental and Theoretical Characteristics of High Performance Pseudomorphic Double Heterojunction InAlAs/InO 7GaO 3As/InAlAs HEMT's" // IEEE Trans Electron Dev , 42 (6), 1017-1025 (1995)

72. T W Kim, D-H Kim, J A del Alamo "30 nm Ino7Gao3As Inverted-Type HEMTs with Reduced Gate Leakage Current for Logic Applications " // IEEE International Electron Devices Meeting, Baltimore, MD, 483-485 (2009)

73. J Nitta, T Akazaki, H Takayanagi, K Aral "Transport properties in InAs-inserted channel Ino 52AI0 48As/In0 53Gao47As heterostructure coupled superconducting junction" // Phys Rev B , 46 (21), 14286-14290(1992)

74. C Prasad, D K Ferry, D Vasileska, H H Wieder "Electron-phonon interaction studies in an In0 52AI0 48As/Ino 53Gao 47As/Ino 52AI0 48As quantum well structure" // Phys E, 19, 215 220 (2003)

75. A Richter, M Koch, T Matsuyama, Ch Heyn, U Merkt "Transport properties of modulation-doped InAs-inserted-channel In0 75AI0 25As/In0 7sGao 25AS structures grown on GaAs substrates" // Appl Phys Lett, 77 (20), 3227-3279 (2000)

76. M Zervos, A Bryant, M Elliott, M Beck, M Ilegems "Magnetotransport of delta-doped In0 53Ga0 47As on InP (001) grown between 390 and 575° C by molecular beam epitaxy" // Appl Phys Lett, 72 (20), 2601-2603 (1998)

77. J W Matthews, A E Blakeslee "Defects in epitaxial multilayers I Misfit dislocations"//J Cryst Growth , 27, 118-125 (1974)

78. J W Matthews, A E Blakeslee "Defects in epitaxial multilayers II Dislocation pile-ups, threading dislocations, slip lines and cracks" // J Cryst Growth , 29 (3), 273-280 (1975)

79. J. W. Matthews, A. E. Blakeslee. "Defects in epitaxial multilayers: III. Preparation of almost perfect multilayers" // J. Cryst. Growth., 32 (2), 265-273 (1976).

80. P. Voisin, M. Voos, J. Y. Marzin, M. C. Tamargo, R. E. Nahory, A. Y. Cho. "Luminescence investigations of highly strained-layer InAs-GaAs superlattices" // Appl. Phys. Lett., 48 (21), 14761478 (1986).

81. J. M. Selen, L. J. van Zendoorn, F. J. J. Janssen, M. J. A. de Voigt, P. J. M. Smulders. "Lattice deformation in InAs/GaAs superlattices characterized by MeV ion channeling" // Phys. Rev. В., 64, 245319-1-245319-6 (2001).

82. R. Driad, R. Aidam, Q. Yang, M. Maier, H. Gullich, M. Schlechtweg, O. Ambacher. "InP-based heterojunction bipolar transistors with InGaAs/GaAs strained-layer-superlattice" // Appl. Phys. Lett., 98, 043503-1-043503-3 (2011).

83. J. Pozela, A. Namajunas, K. Pozela, V. Juciene. "Electron mobility and subband population tuning by a phonon wall inserted in a semiconductor quantum well" // J. Appl. Phys., 81 (4), 1775-1780(1997).

84. Ю. Пожела, К. Пожела, В. Юцене. "Рассеяния электронов на захваченных поверхностных оптических фононах в двухбарьерной гетероструктуре " // ФТП, 41 (9), 1093-1098 (2007).

85. S. Yamada, A. Taguchi, A. Sugimura. "Nonparabolic subband structure of Gao.47Ino.53As/InP quantum wells" // Appl. Phys. Lett., 46 (7), 675-678 (1985).

86. G. Bastard. "Superlattice band structure in the envelope-function approximation" // Phys. Rev. В., 24 (10), 5693-5697 (1981).

87. W. Nakwaski. "Effective masses of electrons and heavy holes in GaAs, InAs, AlAs and their ternary compounds" // Phys. B, 210, 1-25 (1995).

88. J. J. Mares, X. Feng, F. Koch, A. Kohl, J. Kristofic. "Magnetotransport in InP-based dilute single 5 layers"//Phys. Rev. B, 50 (8), 5213-5220 (1994).

89. C. Wetzel, R. Winkler, M. Drechsler, B. K. Meyer, U. Rossler, J. Scriba, J. P. Kotthaus. V. Harle, F. Scholz. "Electron effective mass and nonparabolicity in Gao 47I110 53As/InP quantum wells" //Phys. Rev. B, 53 (3), 1038-1041 (1996).

90. L. Smrcka, P. Vasek, J. Kolacek, T. Jungwirth, M. Cukr. "Cyclotron effective mass of a two-dimensional electron layer at the GaAs/AlxGaixAs heterojunction subject to in-plane magnetic fields" // Phys. Rev. B, 51 (24), 18001-18014 (1995).

91. R. Fletcher, M. Tsaousidou, T. Smith, P. T. Coleridge, Z. R. Wasilewski, Y. Feng. "Two-band electron transport in a double quantum well" // Phys. Rev. B, 71, 155310-1-155310-9 (2005).

92. J. Feldmann, G. Peter, E. O. Gobel, P. Dawson, K. Moore, and C. Foxon, R. J. Elliot. "Linewidth Dependence of Radiative Exciton Lifetimes in Quantum Well" // Phys. Rev. Lett., 59, 2337-2340(1987).

93. M. I. Stockman, L. N. Pandey, L. S. Muratov, T. F. George. "Intersubband optical bistability induced by resonant tunneling in an asymmetric double quantum well" // Phys. Rev. B, 48 (15), 10966-10971 (1993).

94. P. Yuh, K. L. Wang. "Intersubband optical absorption in coupled quantum wells under an applied electric field" // Phys. Rev. B, 38, 8377-8382 (1988).

95. M. Copel, M. C. Reuter, E. Kaxiras, R. M. Tromp. "Surfactants in Epitaxial Growth" // Phys. Rev. B, 63, 632-635 (1989).

96. J. M. Kuo, B. Lalevic, T. Y. Chang. "Molecular-beam epitaxial growth and characterization of pseudomorphic GalnAs/AlInAs modulation-doped heterostructures" // J. Vac. Sci. Technol. B, 5 (3), 782-784 (1987).

97. G. J. Whaley and P. I. Cohen. "Relaxation of strained InGaAs during molecular beam epitaxy" // Appl. Phys. Lett., 57 (2), 144-146 (1

98. Т. W. Kim, D. U. Lee, D. C. Choo, and M. Jung, К. H. Yoo, G. Comanescu, B. D. McCombe. "Electronic property variations due to an embedded potential barrier layer in modulation-doped step quantum wells" // J. Appl. Phys., 91 (8), 5089-5092 (2002).

99. U. Ekenberg. "Enhancement of nonparabolicity effects in a quantum well" // Phys. Rev. B, 36 (11), 6152-6155 (1987).

100. U. Ekenberg, M. Altarelli. "Subbands and Landau levels in the two-dimensional hole gas at the GaAs/AlxAb.xAs interface" // Phys. Rev. B, 32 (6), 3712-3722 (1985).

101. D. Schneider, F. Hitzel, A. Schlachetzki, P. Boensch. "Dependence of electron effective mass on the subband occupation in Ino.53Gao.47As/InP quantum wells" // Phys. E, 12, 562-565 (2002).

102. U. Ekenberg. "Nonparabolicity effects in a quantum well: Sublevel shift, parallel mass, and Landau level" // Phys. Rev. B, 40 (11), 7714-7726 (1989).

103. J. L. Smith, P. J. Stiles. "Electron-Electron Interactions Continuously Variable in the Range 2.1>rs>0.9" // Phys. Rev. Lett., 29, 102-104 (1972).

104. А. А. Чернов, E. И. Гиваргизов, X. С. Багдасаров, Л. Н Лобачев. "Современная кристаллография. т. III: Образование кристаллов" //М.: Наука (1980).

105. Ed. С. W. Tu, J. S. Harris. "Molecular beam epitaxy" // Amsterdam: North Holland (1991).

106. H. Лойко. "Введение в МЛЭ" // M. (1999).

107. К. Хир. "Статистическая механика, кинетическая теория и стохастические процессы"//М.: Мир, (1976).

108. J.P.Colinge, C.A.Colinge. "Physics of semiconductor devices" // Springer Science Media, Inc. (2002).

109. J. Singh. Electronic and optoelectronic properties of semiconductors structures, Cambridge University Press, 556 (2003).

110. S. C. Jain, M. Willander, H. Maes. "Stresses and strains in epilayers, stripes and quantum structures of III-V compound semiconductors" // Semicond. Sci. Technol., 11, 641-671 (1996).

111. Yu. A. Goldberg and N.M. Schmidt Handbook Series on Semiconductor Parameters,2, M. Levinshtein, S. Rumyantsev and M. Shur, ed., World Scientific, London, 62-88 (1999).

112. S. Adachi. "Optical dispersion relations for GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, AlxGai-xAs, and In,-xGaxAsyP,-y" // J. Appl. Phys. 66, 12 6030-6040 (1989).

113. D.E. Aspnes, and A. A. Studna. "Dielectric functions and optical parameters of Si, Ge, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, and InSb from 1.5 to 6.0 eV" // Phys. Rev. B, 27, 2, 985-1009 (1983).

114. Levinshtein M.E., S.L. Rumyantsev Handbook Series on Semiconductor Parameters, 1, M. Levinshtein, S. Rumyantsev and M. Shur, ed., World Scientific, London, 1996, pp. 77-103.

115. J.S. Blakemore. "Semiconducting and other major properties of gallium arsenide" // J. Appl. Phys. 53, 10 (1982) R123-R181.

116. S.Adachi, Physical Properties of III-V Semiconductor Compounds, John Wiley and Sons, (1992).

117. G. Paulavicius, V.V. Mitin, N.A. Bannov. "Coupled electron and nonequilibrium optical pho-non transport in a GaAs quantum well" // J.Appl.Phys., 82 (11), 5580-5588 (1997).

118. В. А. Лиопо, В. В. Война. "Рентгеновская дифрактометрия" // Гродно: ГрГУ, 171 с. (2003).

119. L. Ioriatti. "Thomas-Fermi theory of 8-doped semiconductor structures: Exact analitical results in the high-density limit" // Phys. Rev. B, 41 (12), 8340-8344 (1990).

120. А. Я. Шик. "Полупроводниковые структуры с 8-слоями" // ФТП, 26 (7), 1161-1181 (1992).

121. L.C.D. Goncalves, А. В. Henriques. "Electronic properties of gated 5-doped semiconductors" // Semicond. Sci. Technol., 12 (2), 203-209 (1997).

122. J. Krupski, M. Pietka. "On the accuracy of the Thomas-Fermi-Dirac method applied to subband structure calculations in a 8-doped semiconductor" // Sol. St. Commun., 107 (3), 141-144 (1998).

123. T. Ando. "Self-consistent results for a GaAs/AlxGai-xAs heterojunction. I. Subband structure and light-scattering spectra" // J. Phys. Soc. Jpn, 51 (12), 3893-3899 (1982).

124. F. Stern, S. das Sarma. "Electron energy levels in GaAs/Ga]-xAlxAs heterojunctions" // Phys. Rev B, 30 (2), 840-848 (1982).

125. Т. Андо T, А. Фаулер, Ф. Стерн. "Электронные свойства двумерных систем" II М.: Мир. 416 с. (1985).

126. С. R. Proetto. "Electronic structure of delta-doped semiconductors. In: Delta-doping of semiconductors" // Cambridge University Press (edited by Shubert E.F.). Chapter 2, 23-68 (1996).

127. R. O. Jones, O. Gunnarsson. "The density functional formalism, its applications and prospects" // Rev. Mod. Phys., 61 (3), 689 (1989).

128. J. P. Perdew, A. Zunger. "Self-interaction correction to density-functional approximations for many-electron systems" // Phys. Rev. B, 23 (10), 5048-5079 (1981).

129. H. Марч, В. Кон, П. Вашишта, С. Лундквист, А. Уильяме, У. Барт, Н. Лэнг. "Теория неоднородного электронного газа" // М. Мир., 400 с. (1987).

130. О. Gunnarsson, В. I. Lundqvist. "Exchange and correlation in atoms, molecules, and solids by the spin-density-functional formalism" // Phys. Rev. B, 13 (10), 4274-4298 (1976).

131. H. С. Аверкиев, В. А. Березовец, M. П. Михайлова, К. Д. Моисеев, В. И. Нижанковский,

132. Р. В. Парфеньев, К. С. Романов. "Особенности энергетического спектра и квантового магнетотранспорта в гетеропереходах II типа" ФТП, 46 (11), 2083-2091 (2004).141

133. R. F. Korf, H. P. Wei, A. P. Perley. G. Livescu. "Electron effective mass and band-gap dependence on alloy composition of AlyGaxIni-y-xAs, lattice matched to InP"// Appl. Phys. Lett, 60 (19), 2386-2389 (1992).

134. W. Chen, M. Fritze, W. Walecki, D. Ackley, A.V. Nurmikko, M. Hong, L.L. Chang. "Excitonic enhancement of the Fermi-edge singularity in a dense two-dimensional electron gas" // Phys. Rev. B, 45, 8464-8477 (1992).

135. L. Hsu, W. Walukiewicz. "Transport-to-quantum lifetime ratios in AlGaN/GaN heterostructures" //Appl. Phys. Lett, 80 (14), 2508-2510 (2002).

136. T. Ando. "Self-Consistent Results for a GaAs/AlxGai-xAs Heterojunciton. II. Low Temperature Mobility" // J.Phys. Soc. Japan, 51, 3900-3907 (1982).

137. C. Tse-Ming, C. Liang, M. Y. Simmons, G. Kim, D. Ritchie. "Transport and quantum lifetime dependence on electron density in gated GaAs/AlGaAs heterostructures" // Phys. E, 22 (1-3), 312-315 (2004).

138. P. T. Coleridge, R. Stoner, R. Fletcher. "Low-field transport coefficients in GaAs/GaixAlxAs heterostructures"// Phys. Rev. B, 39 (2), 1120-1124 (1989).

139. S. Adachi. "Optical dispersion relations for GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs, InSb, AlxGai-xAs, and Ini-xGaxAsyPi-y" // J. Appl. Phys, 66 (12), 6030-6041 (1989).

140. Y. Т. Dai, J. L. Shen, Y. F. Chen, S. Chang, S. C. Lee. "Nonparabolicity and Effective Masses of Conduction Electron in InxGaUxAs Alloys" // Chin. J. Phys., 36 (1), 20-26 (1998).

141. И. А. Субботин, M. А. Чуев, Э. M. Пашаев, P. M. Имамов, Г. Б. Галиев, С. А. Тихомиров, П. Кацеровский. "Рентгеновская диагностика псевдоморфной AlGaAs/InGaAs/GaAs-композиции" // Кристаллография, 52 (4). 638-644 (2007).

142. Афанасьев A.M., Чуев М.А., Имамов P.M. Э. М. Пашаев, С. Н. Якунин, Дж. Хорват. "Двухкристалльная рентгеновская дифрактометрия в роли метода стоячих рентгеновских волн"// Письма в ЖЭТФ, 74 (10), 560-564 (2001).

143. Д. Шенберг. "Магнитные осцилляции в металлах" //М.: Мир (1986). Пер. с англ.: D. Shoenberg. Magnetic oscillations in metals. Cambridge university press, 1984].

144. I. Lo, W. C. Mitchel, R. E. Perrin, R. L. Messham, M. Y. Yen. "Two-dimensional electron gas in GaAs/AltxGaxAs heterostructures: Effective mass" // Phys. Rev. В 43, 11787-11790 (1991).

145. Т. Ando, A.B. Fowler, F. Stern. "Electronic properties of two-dimensional systems" // Rev. Mod. Phys., 54, 437-672 (1982).

146. D. R. Leadley, R. Fletcher, R. J. Nicholas, F. Tao, С. T. Foxon, and J. J. Harris. "Intersubband resonant scattering in GaAs/Gai.xAlxAs heterojunctions" // Phys. Rev. B, 46, 12439 12447 (1992).

147. P. D. Dresselhaus, С. M. A. Papavassiliou, R. G. Wheeler, and R. N. Sacks. "Observation of spin precession in GaAs inversion layers using antilocalization" // Phys. Rev. Lett., 68, 106 109 (1992).

148. B. El Jani, P. Gibart, J.C. Portal, R.L. Aulombard. "Effective masses in Sn-doped GaixAlxAs (x<0.33) determined by the Shubnikov-de Haas effect " // J.Appl.Phys.Lett., 58, 9, 3481-3484 (1985).

149. R. J. Nicholas, M. A. Brummell, J. C. Portal, G. Gregoris, S. Herse, and J. P. Duchemin. "Bulk and transfer doping effects in AlxGai-xAs layers grown on semi-insulating GaAs substrates" //AppI.Phys.Lett., 44, 6, 629-633 (1984).

150. Ning Tang, Bo Shen, Kui Han, Fang-Chao Lu, Fu-Jun Xu, Zhi-Xin Qin, and Guo-Yi Zhang. "Zero-field spin splitting in AlxGai-xN/GaN heterostructures with various A1 compositions" // Appl. Phys. Lett., 93, 17, 172113 (2008).

151. T. Gokmen, Medini Padmanabhan, K. Vakili, E. Tutuc, and M. Shayegan. "Effective mass suppression upon complete spin-polarization in an isotropic two-dimensional electron system" // Phys. Rev. B, 79, 19, 195311 (2009).

152. Nobuo Kotera, Koichi Tanaka, Hitoshi Nakamura, and Mineo Washima. "Evidence of nonparabolicity and size of wave function confined in Ino53Gao47As/Ino 52AI048AS multi quantum wells"//J. Appl. Phys., 103, 10, 104310 (2008).

153. Выражаю свою благодарность директору ИСВЧПЭ РАН, д.т.н., профессору Мальцеву Петру Павловичу за ценные советы по написанию рукописи.