автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Физико-химические основы формирования гетероструктур со слоями соединений A III2 B VI3

Г) Г л I I О

ОД:

>РО:Г

у^вкрхт:;?

На правах рукописи

I" КЮ-ЗО"ПЧБСК5ПЗ ОСНОВЫ СО»1ГОП\К'Л ГЗТ^РОСТРУКТУР СО Слоя:"! ООЗЗКИЙЙ ММ1

Специальность 05.27'.01 - твердотельная электроника,

!.-лкро электроника '

Диссертац и- я

на сопскодие учэной степени кандидата технических наук зз ¿■ормо научного доклада

Воронеж 1993

Работа выполнена в Воронежском технологическом инсткту (г.Воронок) п в Научно-исследовательском институте электрон ной техники (г.Воронеж).

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ - доктор (¿.пзико-матсматичэских

наук, профессор Б.И.СИСОЕВ

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ - доктор физико-математичесюнс naja;

старший научный сотрудник И.Н.АРСЕНТЬЕВ

кандидат ffjiзпко-иатекатичоских наук, доцонт В.Л.ТЕРЕХОВ

ВйДУШ ОРГАНИЗАЦИЙ - Воронежский политехнически):

институт, г.Воронст.

Запета состоится "J3" ЯНЬарЯ_ISD4_г. г ÍS г

сов на заседании специализированного совота К 063.48.02 пр:; Вороисг.скоп государственном университете по адрсоу: 394693, ' r.Boponcz, Университетская пл., I, В1У-, ауд.

С диссертацией ыо~но ознакомиться в библиотеке Воронеж ci:oro государственного университета.

Диссертация разослана '¿ЗО" 15дЗ г.

Учений секретарь специализированного совета,—^ кандидат технических

доцент . ( / у ¿/ ^ B.I!.

ту ЯУ^

ОБЩАЯ ХЛРЛЖИЮТШСЛ ГЛЕОТН

А! •. т у ял ь н о с т I) тс ? I' 1. ОлнсЙ яз голп современно'! микроэлект-пки является поиггоппо ¿мстролоГе гркя актирных элементов егряльгаюс кикросхем. Няибг-лн'яй литорее в ртом направлении ■ дставлг.вт исследования ¡юлеготорструктур на основе :упроводиккои1х соедлнлнлл с ! шг^го;'! подвижностью носителей ¡яда и с наиболее пол1;?::л оелтнлтетглол параметров кристал-(еских решеток контактлгл л"л-: материалов в гетсроструктурах 1а металл - диолоктрлк - лл'ллллл'олллк (!!ДЛ). Ранее была •.азана '-олм^люсть лллл\л 'ллл л г г-л-отво дполоктркка г.

Г-струл: л; лл слоев ......: : " 7улллл ^дллготлл: материалов

голлллол :ллглл:л олл- . л ллл т. лл:оллллл: в НИХ" -

'I < и р ). лллл'л''л. ■■ V " ;.л ::ллг'л:;:;; соеди-; :л для гикл л?лпл л.л-ул л:1 - 'лллллл'члллл л;,' ; л'лллчзсклз злллллл! н" лл1лллл :г'.-1гопо.поСк1с: тлулрллолнпков ЛуНд^, в глошлл: но;:ллл'олл'С л'л'л;"" : • ллл-л 'лл1 "лл:л.лл незакл-

Плллллп лтл.л ■л"1л':ллЛ лпуллллллглл лллллноьл::,! валентних чоллл, н их пр.лито пазкгать столломтгрилоскл;"! вакансиями. толном. соотеотствип С к0е2лснтн0й схемой соединений .такого ла стохвомэтрпчогсзго валансил являются алзктрзчеекп иейт-чышмп л лкгога кгл-:г'.-л;:Со акцепторных ;:лл донорннх свойств. • основе изучения механизма растворения примесей вполупро-шппсах такого типа доказано, что [гпгг.'"ош.*9 агсги внедряются решетку в нелонизованноп состоятши и, естественно, не соз-;от атектроннол или дырочно-;'. проводимости. Полупроводники со • охиометрическимп вакансиями характеризуются сравнлтельно эпоЯ подвижность» свободных ноелтело,"; заряда (до Э С!.*с.В""1.сезгЪ, что является благоигвятяш фактором для енъаенпя скеозннх токов в структурах тина МЛ'П (где П' ' -ол дз£,о:стного полупроводника). тому ко, полупроводники с локтноп кристаплическо» структурой обладают высокой радпа-онной стошсостью. .

Для повьллэття быстродействия активных элементов полеЕыХ кроэлектронных приборов необходимо обеспечить снижение овня плотности локализованных состояний на границе диэлект- . к - полупроводник. В структурах А^В^ - это достигает-'.-

за счет подбора материалов пленки л подложки с целью, обес-чения 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 онтишза -ции параметров технологических процессов их получения. Таким образом, тема диссертационной работы, посвященной исследовании условий получения и свойств гетероструктур на основе полупроводниковых соединений типа А^Ву1 , является актуальной.

.Цель работы. Исследование условий формирования гетероструктур со слоями соединений A^Bg'1' на подложках In /Is . , GaAs и Si .

Задачи работы вытекают непосредственно из цели:

1. Выбор геторо-пар для исследований, удовлетворяюпщх требованиям максимального соответствия параметров кристаллических решеток.

2. Исследование процессов гетеровалентного замещения в полупроводниках А^'в^. Разработка методов получения слоев сое-дине:шй AgBg* с использованием процессов гетеровалентного замещения' и осаждения из газовой фазы регулируемого состава.

3.. Разработка методик для комплексного исследования структуры и элементного состава тонких пленок AgBg1 е полученных ге-тероструктурах.

Научная новизна. Научная новизна работы состоит в том, что впервые:

I. Получены гетероструктуры с эпитаксиальнши слояг'.га соединений AgBg1 на подложках 1пА& , Ga/ls и Si . 2.. Комплексным применением методов электронной п.рентгеновской спектроскопии, электронной микроскопии и электро-фл-зических исследований изучено стрренпе переходной области в гетероструктурах типа A^B^ - Л^З'.

3. Обнаружен эффект влияния подзобки на элементный состав p£i-стущего слоя соединения переменного состава в процессе

' осаздония из газовой фазы регулируемого состава.

Практическая значимость. Предложены различные способы получения эпитаксиальных слоев соединений А^З^ Fn полупроводниковых подложках.

На основе комплексного применения шюкгронной микроскопии, рентгекоспектрального микроанализа и электро-физических изме-

рений разработаны новые методики исследования переходных пограничных областей гетероструктур.

Разработанные аналитические методики имеют общий характер и могут использоваться при исследовании широкого круга слоистых структур, применяемых в микро- и'опто-алектронико. Математические программы могут быть использованы для построения теоретических катибровочных зависимостей при количественном анализе состава тонких пленок методом рентгеноспектраль-ного микроанализа.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Сизшсо-хшачесгав условия получения слоев полупроводниковых ссодттений в квазизамкнутом объеме.

2. лог:;тлекс методик, для исследования переходных областей и распределения компонентов но глуСяпо слоистых структур.

3. Структурные характеристики тонких пленок соединений ]пгТе3, ln2S3 !! Ga2Sej на подто.тлсах /лЛ" Si , и их связь с технологическими параметрам!.

/щробпття работ;;. ШтерпаидассертяшэтшяЯ работы докладывались и обсуждались на 32-м Международном научном коллоквиуме (ГДР. Ильмонау, 1987 г.), межвузовской конференции молодых ученых "Паука и ее роль в ускорении научно-технического прогресса" (г.Воронеж, IS87 г.), У Всесоюзно;! конференция по физически:.! процессам в полупроводниковых гетероструктурах (г.лалуга, IS90 г.), 35-м Международном научного коллоквиуме (ГДР, Ильменау, 1990 г.), УЛ Всесоюзном симпозиуме по растровой электронной микроскопии н аналитическим методам исследования твердых тел "РЭМ-9Т" (г.Звенигород, 1991 г.), О Всесоюзной конференции по росту кристаллов (г.Харысоп, 1992 г.), Публикащщ. По теме диссертации опубликовано 22 работы, в том числе 4 авторских свидетельства на изобретения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖИ РАБОТЫ

I. Получение гетероструктур типа А^Зд* - А^В^ методом гетеровалентного замещения и их свойства

Технологически наиболее простым способом получения слоев .соединений ЛоВо1 на поверхности А%У является гетеровалонтное ■

V ш у ут

замещение компонента В"^ в решетке А В на В в процессе термической обработки в парах халькогена. Контролируемы!,ш параметрам! процесса являются: температура подиоласп, дгвление пара халькогена,_задаваемое температурой испарителя, температурной градиент стенок реактора и вроыя процесса, Данным способом били получены тонкие гиенки соединения' Саг Без на подложке

и соединений ]пгТез и ]пг$з на подложках ]пА5.

1.1., Получение и свойства эпитаксиальнш: слоев С0г5е3 • на во/и

Наличие непрерывного ряда твердых растворов в системе Сс>А5-63 и однотипные кристаллические структуры с близкими параметрами решеток позволяют получать указанные ге-тероструктуры с электрически совершенной границей раздела.

Тор:,мческая обработка пластин СаДз в парах селена производилась в вакууыированных кшрцеЕых ампулах, разыещае-г,шх в двухзошгой реакторной печи. Контроль толщины и алег.юнт-ного состава приготовленных слоев производился методами растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа (РЭ1.1—РСМЛ). Послойный анализ', проведешшй'ионным рас-гшлеш1ем пленок СОгБвз с одновременной регистрацией Оже-_сцектров, позволил установйть наличие переходного слоя толщиной 20 нм независимо от исходной.толщины пленок, сформированных при одинаковых технологических условиях.

Исследована кинетика роста слоев бО^ве^ на подложках йа/и . Установлено, что рост толщины пленки с{ со временем при различных термодинамических условиях описывается зависимостью с^т/Г (рис. I). Анализ нзмелошя с! при увеличении температуры подножки (рис. 2) позеолязт оценить энергию активацш ( V ~ 1,5 эВ) процосса, ли?.атирун:;сго образование слоя йОг^ез . На рис. 3 показано влияние давления паров селена на-толщину пленки селенида галлия при температуре подложи. Все экспертзнталыше дашшо уд^кчэтвэ-рительно описываются зависимостью вида

(I)

где X) - коэффициент ди^узиц, Р - давление паров солона, 1 время процесса.

Характер зависимости толщины слоев от времени формирования указывает на диффузионный механизм этого процесса. Отсутствие в слоях GQa-Se^ мышьяка и увеличите скорости их образования с ростом давления селена при постоянной' температу-ро подлолш подтверлщает, что лимитирующей стадией роста пленок является доставка селена к месту реакции.

Электронографпческпе псследовагаш показали, что структура слоя соответствует оС -фазе Gq¿ • Элементный состав слоя по даннкм РСШ. соответствует стехиометрии соединения

GaaSe3 •

1.2. Получение и свойства эпиТаксналышх слоев in zTe3 "a InA S

■ Исследование процессов гетеровалентного замещения глдцья-ка в JriAs теллуром из паровой фазы представляет интерес с точки зрешш получения тонкого моя }п2Те.з на поверхности in/!s с целью формировагаш гетероперехода ]n2Te3~Jn/ls с совершенной границей раздела благодаря хорошему соответствию параметров кристаллических решеток теллурида индия и ар-сени да индия.

Термическая обработка подлокек ]пА& в паре теллура производилась в квазизамкнутом объеме (метод "горячей стенкп"). Давление пара теллура варьировалось в диапазоне-от 0,1 до 100 Па, температура подооласи - в диапазоне (620 + 850). К. Время .одного процесса составляло от 0,5 до I часа. Электроиогра-флческие исследования полученных образцов показали, что в результате этого процесса на поверхности подло.У-ки формируется шитакепплыгая пленка со структурой, соответствующей • cL -фазе 7лгТе.з с упорядоченной решеткой катиогашх вакансий при де-ф:п.птэ индия ( Go = 1,8456 нм). При исследовшгаи состава !пс.чс- методом РС',!А было устаноачепо, что пленки, полученные :•'■> кс<"' диапазоне технологических релотлов, имели состав, соот-' " -Тзтгу^!ц:п! стехиометрии соединения ¡ПгТ^з'

Гедьоф поверхности пленок контролировался с помощью РН.1. :\г,!'Л' .::■>, что рост наиболее равномерных по микроструктуре пленок. происходит при снижении давления паров теллура и темлера-•-Г-ТЧ кодлота<и. 'Предложено возмо.тное о.бъяснешга механизма: про-

Ц8

Ф 0.2

с1, МКМ

Рис.. I. Зависимость толщины

слоя от вромени

его форьшрования

ст.) 1-о,з ¡ г.

( 2 3 4 с/,МКМ 500 400 Т*С

Гио. 2. Зависимость толщины

.слоя. .(ЗогДез' от температуры подложки

Рис. 3. Зависимость толдшш

слоя Сог5<?з <зт ДЗД-лею:я паров солона -

О,У 10 а/'Р >н».рт.с.т.<;2 ■

исходит снижение скорости образования зародышей и уменьшение их плотности в результате сшккения скорости реакции гетеро-валентного заглещошя атомов мышьяка в решетке арсенида индия атомами теллура. Проведено изучение поперечных изломов структур с помощью РЭМ и отмочено, что переходнЬя область между -пленкой и подлоккой имеет неоднородную структуру. Данная пе-однородность возникает на ранних стадиях роста пленки и присутствует в той или иной степени на образцах, приготовленных во всем диапазоне технологических условий.

Проведен послойный количественнпй анализ полученных ге-тероструктур методом атжтроииой Ояо-спектроскошт (ЭОС) в сочетании с распылением поверхности тюннгм пучком. Полученные простили свидетельствуют о том, что при 'оптировании пленок в указанных условиях меггду пленкой и подчош;ой образуется переходная область в диапазоне толщин от 65 до 100 ¡пл.

Гетеропер-эходм /пгТе3- /n/1s п-тнпа исследовались ые--тодом вольт-амперных харпг.теристик (ВАХ) в диппазоно температур (90 + 320) К. Вил ВАХ (рис. 4) свидетельствует о протекании в пленке тока, ограниченного пространственным зарядом (ТОПЗ) с захватом тшжтпровагашх носителей на ловуиочнке центры. Когатентрация лоЕу1::е:;, определенная по величине напряжения Vn3fl > соответствующего полному эололпотл? ло сушечных центров, составляет в данном случзе Ю^ Величина относительной дтяектр'гаеокоЛ пронигз^ясти рценлвачпсь из измерения высокочастотной еккостк структур при ± - 90 К и составляла £ = 12. Удельное сопротивление слоев /пцТе^ определялось из ВАХ прп нанрягоипи от - до - ТО-^ В л составляло (2 + 5) х 10' Си.ст.1, что соответствует известным данным об удельном сопротивлении .массивных кристаллов ¡DzTe^ . ВАХ щш положительном потот'пдто на контакте AI - Теории.4) представляет собой прягуп лини;-) в координатах , что свидетельствует о механизм? токопрохотдения Шоттк»". Из температурной тт'псл'.'остп электропроводности гетеросистемы определена тер.'.тчесгая ширина запрещенной зоны.

1.3. Нолучешш и свойства эпитаксиальншс пленок /Прй, на ]пАS

V|*«tr'4?n"K« "-¡пли inpSq in порортппстп пот7"Г">к ярее-

нида индия производилось при термической обработке подложек в парах серы в квазизамкнутом объеме. Давление пара халысоге-на над конденсированной фазой задавалось нагревателями и составляло .(10"^ + Ю2) Па, температура подложи варьировалась в диапазоне (470 4 520) К. При температурах подлога® (470 + 520) К и давлении паров сери (10 + 10 ) Па полученные слон имеют монокристаллическую структуру, соответствующую кубической базе (типа шпинели с упорядоченными дефектами) с параметром решетки О о = 1,077 нм. Оценка толщины образующегося та 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 РСМД по глину травления.. Полученные данные свидетельствуют о существовании пограничной переходной области в исследуемых структурах. Вольт-фарадныэ (С-У) харш:теристики гетероструктур А1- !п~ ■ ]пА& (исходная.концентрация алектронов в ]л&> п~101® см~^) измерялись в интервале частот (КГ3 + 10®) Гц в диапазоне теад-. ператур (100 + 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 в данной гетероструктуре локализованных зарядов. Повышенная крутизна экспериментальных ёа-■ висимостей по сравнению о теоретическими может быть следствием предполагаемой варизонности переходной области.

В данных гетероструктурах наблюдается модуляция 0113 в ]пА£> внешним электрическим полем. Однако, существенная часть модулируемого подвижного заряда оказывается сосредоточенной в переходной области, образуемой в структуре в процессе гетеровалентного замещения. Существование переходной области доказано методом РСМД в совокупности с разработанной методикой определения параметров переходных слоев из анализа зависимостей С(У) и сравнения экспериментальных характпрс-лше с теоретически!,ш. Данная методика может быть использована самостоятельно в качестве экспрессной при оптимизации технологии формирования подобных гетероструктур.

Показано тагасо, что токи уточек сквозь слой не

нарушают состояния квазиравновесия генерации - рекомбинации в

приповерхностной области ¡пАз> , то есть слои Сульфида индия в диапазоне толщин от 0,01 до 0,1 мкм проявляют свой- . ства диэлектрика. Это дает возможность использовать их в . структурах для полевых транзисторов на основе ]пА& в каче- . стве подзатворного диэлектрика.

П. Получение тонких пленок соединений типа Л^Оз^ методом осаждения из газовой 'фазы, регулируемого состава и исследование их свойств.

2.1. Получение и свойства пленок СОг^ на 5*1

Для изготовления-полевых гетЬроструктур на кремнии в качестве полевого диэлектрика были выбраны тошсие Пленки соединения , поскольку оба материала имеют кубичестгую рссзтку типа сфалерита, и параметры решеток 51 ( 0 о = • = 0,5430 км) ii ( а0 - 0,5422 га,0 отличаются поболее, чем на 0,2'

При получении пленок тормлческим испарение:,: поллкристал-ллческлх образцов СОавСз в открытом объеме в вакууме с изменением температуры логлогзш (Тп) от 420-до 620 К'(температура испарителя Тп = 1070 + 1100 Ю структура пленок меня--лаоь .от аморфно,", до полшсристслличэскоа текстурировашгай. С. целью формирования структурно более совершенных и' однородных, по составу слоев С0г5ез исследовали у ело еия. получения пленок в квазизамкнутом объеме методом "горячей стещ:и". При испарении в квасшаг пену том объеме удается снизить степень пересыщения пара у поверхности конденсата за счет сближения температур нспэренпя и конденсации. Этот фактор, а татке .наличие динамического равновесия мегду конденсацией и рсиспарешшм позволяют вкрапива.ть слои в условиях, близких к равновесным. Температуру испарителя устанавливали равной 1000 К, .а разность Тп - Тп = СО К. Температуру стенок Тс в процессе осат.дешт поддерглп»ялп вшэ 7}1. Полученные при этом пленки имели крушю-блочнур структуру. Отмечено отсутствие зависимости направления роста пленок Сй^ов^ от ориентации -подложки, что

предположительно было связано с натичлем на поверхности крем-, ния тонкого подслоя естественного 'оксида. Для совмещения процессов удаления оксида л есдсдеппя слоя 0пг5е3 в едином

технологическом цикле разработан способ, основанный на восстановлении кремния в подслое оксида при обработке подлоге", в сверхвысоком вакууме в потоке галлия. Обработку Si -подложи в потоке галлия проводили в специально сконструированной камере (квазизамкнутом объеме), представляющей собой разъемную графитовую ячейку с четырьмя.независимыми регулируемыми зонами нагревания (подложки, стенок, источника галлия и источника селена), при Т = 1070 К в течете 30 минут. Затем формировалась пленка GQ2Se5 при следующих значениях температур: Тп = 970 К, TGq = 1170 К,. Tse' = 490 К (парциальное давление паров селена в камере ~ 0,6 Па). В результате дшшого процесса получены ыонокрнсталлпческие пленки с ориентацией, соответствующей ориентации подложки. Элементный состав пленок соответствовал стехиометрии соединения GOgSe^ с точностью (1 + 2) вес.р. Исследования структуры проводились методов электронографии, измерение концентраций элементов - методом РСМД. '

3 полученных .гетерострудтурах GOeSe3 - Si с шшзкри-сталлическимп слоями селенида галлия методом дифференциальной .проводимости определена плотность поверхностных состояний на границе раздела, которая составила 8 х '10® см~^эВ~^, что ниже таковой на границе SiO^-St . Низкая плотность пограничных состояний делает данные гетероструктуры перспективны:,® для создания быстродействующих приборов на основе структур .металл-диэлектрик-полупроводник.

2.2. Получение и свойства пленок Jn2Те3 на Jn/ls

Известно, что соединение испаряется инконгру-

энтно. Пары этого соединения содержат преимущественно молекулы Teg. Вследствие этого попытки произвести осаждение пленок ]ргТеэ на подложки Jn/ls при непосредственном испарении }ПгТе.з приводят к сильному легированию подложек теллуром и образованию слоев ]пгТе3 по механизму гетеровалентного замощения атомов As в решетке /пА& на атомы Те. Сформировавшиеся тшаш образом гетероструктуры имеют довольно протлг.ен-нув (до 100 нм) переходную область. Этот факт не позволяет использовать данные гетеропереходы в качестве элементов пслупро-водшшоеых приборов. Для уменьшения ширины переходной области

[ достижения наилучшего сопряжения решеток на гетерогранице !аг,!Л предложен способ получения эпитаксиальных слоев, позво-1яющий раздельно регулировать давление компонент пара у поверхности подложки. В соответствии с данным способом осажде-шя испарение исходннх компонент ( 1п и Те ) производится 13 двух источников, размещенных в автономно 'нагреваемых объемах квазизамкнутой системы. Возможны дня варианта проведения процесса осаждения:

I. Стационарный режим. Температуру источников ]п и Те поддерживают на таком уровне, чтобы отношение давлений их паров было равно молярному отношению данных компонентов в осаждаемом соединении ¡пгТ&з Т]П = 1223 К, Р;п = 1,33 Па, ТТе = 650 К, РТо = 2,2 Па). Время проведения процесса-ох 0,5 до 2 часов.

2. Циклический режим. Давление пара индия поддерживается на постоянном уровне, равном 1,33 Па, а давление' пара теллура периодически меняется от ОД до 10 Па. При низком давлении пара теллура на поверхности подложки осаждается слой, обогащенный индием. При последующем повышении давления теллура подложка с адсорбированным слоем индия находится в парах.' теллура. В этот период на подложке происходит образование . слоя соединения ]пг~Гез • Затем давление пара теллура пони- • жается и цикл повторяется сначала. Толщина пленки пропорциональна количеству циклов. Температура подложки регу.тировалась в диапазоне от 573 до 623 К.

Измерения методом РСМД показали, что концентрации компонентов полученных пленок соответствуют стехиометрии соединения ]ПгТез . Методами РЭМ и электронографии изучено влияние параметров процесса напыления на структуру и морфологию пленок ]ПгТ&з • Пленки с наиболее высокой степенью совершенства получены при условиях роста, близких к термодинамически ран--новесным. В этом случае переходная область имеет существенно меньшую протяженность по сравнению с аналогичными структурами,, полученными методом гетеровалентного замещения.

2.3. Получение и свойства пленок /лгх на 7л/¡г.

Пз всех известных алмазоподобных бинарных соединений,со

стехиометрическими вакансиями наиболее близкие к In/Is значения постоянных решетки имеют соединения ]пгТвз ( Ос = = 0,6X6 нм) и бОгТез ( Оо = 0,585 нм). Ранее было установлено 'существование твердых растворов в разрезе (GQsTej)^^ - (]п{1ез)х тройной системы 1п-йа~Т& ео всем интервале концентраций. На основе рен^геноструктурного анализа было показано, что все кристаллы разреза 1пгТе3-й(1гТез имеют один и тот не тип решетки, причем параметр решетки изменяется от 0,615 нм при X = 0 до 0,589 нм при X = I по закону, близкому к линейному. Регулируя соотносите /п и GQ в соединении /Лгх ¿Q2f-i-^;Teэ , возможно установить величину Qo » в точности равную значению данного параметра для InAs . (Qo=0,G06 нм) Это достигается при X = 0,65.

Пленки тройного соединения были получены

методом испарения индия, галлия.и теллура из трех источников, размещенных в автономно нагреваемы;; объемах КЕазиэаккнутой си-1 стемы. Температура источников индия и галлия выбиралась таким ; образом, чтобы .отношение дадлений паров б:."ло равно малярному отношению соответствующих компонентов в конденсате требуемого состава. Исходя пз.этого, в процессе осаждения температура источника индия, била установлена равной 1183 а,' что соотвэтство-. вало даалешпо пара индия Pjn = 0,В6 Па, а температура источника галлия - 1303 К, что 'соответствовало Poq = 0,23 Па. В

статическом режиме осаждения температура источника теллура • устанавливалась равно;! 650 К, 'что соответствовало Р-ре=2,2 Па. В циклическом режиме давление теллура"периодически ¡менялось . от ОД до 10 Па. Температура додлоккн /л/fs устанавливалась.• равной (610 + 630) К. Длительность процесса варьировалась от' 0,5 до 6 часов в зависимости от требуемой толщины.

Исследование полученных образцов с помощью .PGI.i показало, что пленки имеют гладкую поверхность и четкую однородную границу с подложкой, как и в случае пленок l^zTe3 , пслучзшшх по однотипной технологии, количественный PwlA подтвердил, что ; состав пленок с хорошей точностью соответствует стехиометрии соединения lni,3 С>0о,7Тез » а при небольших отклонения:': от установленных температурных параметров процесса концентров:'.! индия и галлия в пленках изменяются, в то врог.п как концентрация теллура сохраняется постоянной и равной 60 ат.£.

" Проведено исследование электрофизических параметров отрук-

Р

!04

10

. /о( .}о--¡о1-¿о1" - „

V, в т/у,

с/с о

.3

/о*

10

10 {б1

/О

-1-1_

.а о^, * з

1(А) у

/ 9 -С / МА)

/ / /5'

Го' \

» ТО' { J 5 10' а,,мкм

Рис. 4. Вольт-амперная характеристика гетероперехода -]пА& (п = 2x10^ см-3), Т = 300 К, толщина слоя 1пгТез - 0,8 мкм, 'площадь контакта- 0,3 мм2

Рис. 5. Вольт-фарадные- С(У)-характеристнкп гетерострукту-ры Л1 — ]Пг$з -]пА& : 1,2 -экспериментальные кривые при 300 К и 100 К, соответственно; теоретические кривые: 3-дяя идеальной МИД-структуры, 4,8 - .для структуры ВДП'Пс концентрациями в слое П' 10^

1015, 5ХЮ15,1016,5Х1016С1.!-З, соответственно

Рис. 6.1 (V) характеристики (кривые 1,2,3) структура А1-1п111&ао,7Те3-1пА&, при 300 К и зависимость тока от толщины слоя на участке квадратичной зависимости I(V) (V =0,07В) (кривая 4).(1),(2),(3)=0,12; 0,3 и 1,5 мкм, соответственно.

Ю'

тур А1 - - Ул методом Еольт-амперных характеристик

(рис. 6). Определено значение удельного сопротивления слоев при комнатной температуре на линейном участке ВЛХ при низких напряжениях (до 0,1 В), равное (Ю7 + 10®) Ом.см. Величина относительной диэлектрической проницаемости била определена при измерении высокочастотной емкости (10® Гц) гетороструктуры и составляла

На основе измерений зависимости термодинамической работы выхода в .системе &ао,7Те3 ~]пАё от толщины слоя

¡П^збйо^Тез покапано, чго давние слои могут использоваться в полевых гстероструктурах, но с тотщиной с] меньшей, чем 0,2 мкм (для выполнения условия с!< Ьр , гда Ьр - длина экранирования Дебая) и только в сочетании с верхним слоем диэлектрика, что необходимо для снижения уровня сквозных токов.

Ш. Исследование переходит-: областей гетероструктур методом РСГ/Л

В процессе эпитаксиаяьного роста пленок полупроводниковых .соединений на полупроводниковых подложках на. ме.тфазноп границе образуется-переходная область. Для изучения.послойного распределения химических элементов в гетероструктурах и.строения переходной области разработаны методики, основашшо на использовании количественного ГСГ.1А е сочетании с распадением поверхно-.сти ионным пучт:ом. В настоящей работе предлагается варнагия метода послойного травления - анализ по клину, контролируемой геометрии о очень малым углом ( 10""^). Приготовление клина производилось методом рй опыления ионами А Г* . Контроль" геометрических параметров клина травления осуществлялся с помощью РОМ по поперечному сколу на образце. Объектами исследования являлись энлгпксиальнне гетэроструктурн на осново арсонида индия с тон-ш.ш слоями соединений ]/1гТо.з , 1пз5з л ^г* Со^-,.) 'с. л , впр.чцентгш различтаи спосойп-ги в г.вазта-.-кнутом объ<;

Для проведения количественного анализа нлонок на подложках с толгсииоП моньшоЗ размера области генерации рентгеново,:о1 ,-> излучения необходимо знать распределение ген^оцг.;- по глубин-' образца *р(р%) . "3 даниоГ работе для мт\я<\"<>ня<т тоггчч'ч и состава кленок соединений 1п.рх йОг(1-х)1'с.э но пот •>' гпх ]пА& использовали метод Пг.пяиг^-Гкчборп. п ;-ото"г |у.--ч«г'Х-

а полу эмпирические выражения для функции ^(р-^ . Исходной ¡тформацйей для хясчотов служило отношение числа рентгеновских" Еантов эмиттированшх из пленкн к числу квантов, эмиттирован-¿х из массивного эталона кг . Кривая кг- строилась с

четом поглощешт рентгеновского излучешш в.образце. Расчет '• элибровочннх кривых кг^я) производился на 53М.

В гетероструктуре индий является '

5щи1л'элементом подложки и пленки и, следовательно, 'не подле-1Т .Измерению с помощью данного метода. Однако, исходя из ' .- • эздполояения, что количества компонентов'в пленке связаны шж-г собой стехиометрией соединения 7лгх СОгр-хДез концентра- . ¡я индия также может быть рассчитана по измеренным корценура-. им галлия и теллура. - ..

.-•Величина стандартного отклонения 3 (вес.^) при. измерении ¡Шентраций вычислялась по фюрмуле: • •' I '

(2) ••

9 К - "кажущаяся" концентрация, измеренная с- абсолютной учайной-.погрешностью 5 , с - расчетная концентрация.-ком-' нента.'В данном эксперименте величина стандартного отклоне-я при измерении концентрации галлия не превышала 0,13 вес .'Д. •

'Количественный анализ состава гетероструктуры- ]ПгхС>0г»-г}^з 1пА&. проводился по малоугловому клину с. контролируемой, ге-'. этрлей, полученному по методике, описанной выше. Это дало зможность оценить распределение компонентов' плонки.'по глуфт-. Результаты измерений представлены на-рис. 7 в форме зависимей концентраций-компонентов в объеме пленки от массовой 1ЩИНЫ- пленки на'склоне кратера распыления. Видно, что'состав ;еняется с толщиной и у границы с подложкой достигает стехио-:рии соединения- 1гц,з СаотГбз (X = 0^65), согласующегося параметру-решетки о 1/1 . Состав вьпзележащих. областей юв изменяется, приближаясь к составу пара над конденсатом. :оЙ характер изменения состава пл-енки по толщине'существует ависимо от состава пароЕОй фазы. Это.может йвляться доказа- . ьстеом. стабилизирующего влияния подложки на состав- -растущего я. Это влияние выражается в том, что при различии' в парамат-репоток подложки и эпитаксиального слой в' последнем возни- ■ т упругие деформации. Вследствие этого- свободная энергия ', рдой-фазы, а значит'И всей системы'пар -..твердое-тело, уве~.

Рис. 7. Концентрационные профили компонентов пленки

1пгх з на по;уюл:ке 1п/1£ , полученные

методом РОМА! X - стехиомэтрическип коэффициент.

Рис. 8. Концентрационные профили компонэнтои в приповерхностной области подлоласи по данным количественного ГГМЛ: а) структура ]Пг.Тв3-]пА& , получзнная методом ге-теровалентного замощения, б) структура ]пц£>з-]п А$> , полученная методом гетороватситнэго зшлщенил, в) структура ]пгТе3 -7/7/4 Б . полученная методом . оса'кдения из газоЕой фазы

гашается. Условие минимизации свободной энергии, то есть снятия различия в параметрах решеток манду подложкой и эгштакси-¡ышм слоем, приводит к то:гу, что из газовых фаз различного со-гава на подложке кристаллизуются твердые растворы, состав коток практически одинаков, а параметры решеток-совпадают с пара-зтром решетки подлсжк-п. По мере роста толщины пленки стабили-грующее влияние подложки ослабевает, и вышележащие слои плен-.1 приближаются по своему составу к составу паровой фазы.

В гетероструктурах ]n¿Te¡-JnA& и }n¿S3-InA¿ для поведения сравнительной оценки глубины прогапшовения легцрую-эго алемента (теллура или сеш) в подложку был проведен колл-зственный анализ в точках, расположенных на клина травления по наметру кратера с шагом 5 ?.л:ч. За начальную выбрана точка, • находящаяся на межфазной граним, отчетливо различимой с.пошщз/о птичоского микроскопа в виде липли.. Все по следующие аналнзлру-:.ше точки располагались па клине в области подложки, Результа-. ы измерений представлены на рис. 8 в виде зависимостей концен-рацяй компонентов от расстояния от иежЛлэной гратщн. С учетом звестной геометрш! клпна рассчитывалась глубина (Hg^-), начсо-орой концентрация легирующего алемента в подложке достигает екоторого фиксированного значения (nanpiiMep, удвоенного значения абсолютной случайной погрешности измерений 2<У ). Установ-ено, что в структурах, полученных методом гетеровалентйого эа-ощения, глубина проникновения легирующего компонента эначитоль-. о вше, чем в аналогичных структурах, полученных методом кон- ' ;енсации из паровой фазы. Сделанный вывод подтверждается резуль-■атами исследования поперечных изломов с помощью РЭМ;

ОСНОВНЫЙ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

, Разработаны способы получения спитакслалышх слоев соеднне-:ий AwByI на подложках lnAs>, Gq/1s и Si' .

!. Получены образцы гетероструктур Саг5взЛй , Gc^Se^-Si, '

1пгТе3-1пА$, ]пь^ао,7Тез~1пА& ц .

¡. Установлено, что пленки соединений 1ПгТе3 и 1 ЛгБз, выращенные на подложках 1пА& по мехазтзму гетеровалентного зш,гашения, обладают сверхструктурой, связанной с упорядочением ' дефектов. ■ ' ■

4. Разработан комплекс методик для исследования профилей распределения компонентов в слоях гетероструктур и изучения

. переходных областей слой - подложка.

5. Обнаружен эффект стабилизирующего влияния подложки на состав растущего слоя соединения переменного состава в процессе осаждения из газовой ¿[азы.

Основное содержатю диссертации изложено е следующих работах:

1. Агапов Б.Л., Безрядин H.H., Моргунов В.Н., Шлык Ю.Х. Иссле дование состава и электрических свойств тонких слоев теллу рида индия на арсениде индия. - В сб.. "Свойства нитевидны? кристаллов и тонких пленок". Воронеж, ВПИ, 1286, с. 83 - £

2. SузооV В,]., Bczryocfin лЫ-, Synorov Vu.V., Agapov E.L. Invesiigailon of gallium relent de f'l'ns, prown by ihe Ho Wall rn'c(hod on silicon subsiraies. -phys. Stai.Sol. f( ■19BB , V- 9b , p, К 12 9 --K 13,2 .

3. Агапов E.ii., Асессоров B.B., Стрыгин В.Д., Сысоев .Б,И., Чурсина Е.И. Способ получения изолирующих пленок на пласт! нах прсенида галлия. - A.C. СССР i: I39870I, приоритет

16.07-. 1983.

4. Агапов Б.Л., Буданов A.B., Щевелева Г.М., Безрядин НЛп, Казашш И.II., Постников В.В. Получение и исследование аяег трофизических параметров тонких слоев сульфидов индия п кадмия. - В сб. "Исследования по физике полупроводников". Воронеж, ВГДИ, 1986, с. 76 - 79.

5. Постников B.C., Сысоев Б.И.,.Буданов A.B., Безрядин H.H., Шлык ¡O.K., Агапов Б.Л. Полевые готероструктуры па основе, арсенида индия с полуизолирующими слоями соединений AijjBgi Тоз. д01сл. 32 Моэдунар. науч. коллоквиума, ГДР, Илъмзнау, 1987, с. 17.

6. Агапов Б.Л., Безрядин H.H., Буданов A.B., Лесовой I'.B., Ровинскпй А.П., Сысоев Б.И., Елшс В. К. Способ полуГ/Кга эпитаксиатьных слоев. - A.C. СССР S I52979I, приоритет 15.05.1987.

7. Агапов Б.Л., Буданов A.B..Полуролирушлй покрытия ]nzS3

и &аг для материалов аЧз" . - Паука л ее роль в уско] нии научно-технического прогресса: Тез. догл. гюжвуз. конС " г,:олодых ученых, Воронеж, 1967, с. 26.

I. Сысоев Б.И., Стрыгин В.Д., Чурсина Е.К., Агапов Б.Л. Формирование переходных слоев переменного состава в гетерострук-турах Ga/ls-GOz-Sej . - В сб. "Структура и свойства

внутренних границ раздела в металлах и полупроводниках".Ео-ронек, ВПИ, I9Í38, с. 38 - 41.

). Агапов Б.Л., Асессоров В.В., Стрыгин В.Д., Сысоев Б.И. Способ получения изолирующих пленок на арсенидо галлия. - A.C. СССР J> 1545858, приоритет 27.06.1988.

). Posbikov к.S., Sysoev В.1., ßudonov A.V., ßezryodin rJ-lnI., Sblyk Yu.K., Açapov B. L. tfeleroslruciures on ihe basis o{ indium arsenide with serni - insulatino A§ñJ compound layers. -Phys. Slot. Sol. (a), Í988, v. W p. 463-^67 .■

1. Агапов Б.Л., Безрядин II.IÏ. r Фетисова C.B., Шевелева Г.!.!., Дронов A.C. Количественны!! рентгеновский микроанализ тонких полупроводниковых и диэлектрических слоев. - В' сб. "Полупроводниковая электроникл". Вороне;;:, ВГПИ, 1989, с. 37 - 42. ■

2. Сысоов Б.П., Сыноров Ю.В., Безрядин H.H., лузьмешсо Т.А.', Дронов A.C., Агапов Б.Л. Слоистые системы на основе кремния с тонкими пленками широкозонных полупроводшков А^р.- . Тез. докл. 35 Междунар. науч. коллоквиума, ГДР, Ильменау, 1990, с. 13-14.

3. Сысоев Б.П., Безрядин H.H., Буданов A.B., Шлык Ю.К., Агапов Б.Л. Формирование и структура гетерограницы Jp2$j-Jnàs • - Тез. докл. У Всесоюзн. конф. по физическим процессам в полупроводниковых гетероструктурах (секция Б), Калуга, 1990, т.2, с. 9 - 10.

4. Агапов Б.Л. и др. Способ получения монокристаллических слоев арсенида гахтая на кремниевых подложках. - A.C. СССР '

¡¿ I6940I4, приоритет 8.01.1990.

5.-Açapov ß.L.f Bezrgadin H-fl-, Budanov A-V., Sysoev 3.J., y Pakhomov G.V., Zon 8.fi. Laser siimulaied formoiion of heavily doped regions in {iol d- effeci И!5-s^ruc{ur^s based on ihe heieroJunciiOn. -Opiical ond Acousiical Review, {$90, /-•«?, p\ Í97-301.

3. Сысоев Б.П., Безрядин H.H., Сыноров Ю.В.,- Агапов Б.Л., .лузьменко Т.А. Получение и структура пленок селенида галлия на кремнии. - Неорганические материалы,- 1991, т. 27, J5 3, с. 470 -473.

17. Лгапов Б.Л., Безрядин H.H., Спсоев Б.П., Сотисовя C.B., Шлнг. 13.К. Исследование прошлой распределения основных компонентов в слоях гетероструктур мотодо:: iJMA. - Тез. докл. 'УП Всесоозн. симп. по растрок»?, электронной ¡.шг.ро-скопии и аналитическим методом исследования твердых тел (F3U-SI),' Звенигород, 1931, с. 95.

18. Сысоев Б.П., Агапов Б.Л., Безрядин H.H., Буданов A.B., Прокопова Т.В., Фетисова C.B. Свойства границы раздела

InAs - тонкий полуизолирующий слой JnpS3 . - ФТП, 1991, т. 25, J."4, е..699 - 703.

19. Art-non Б.Л., Бозрядин H.H., Моргунов В.Н., Сыноров D.B., Фетисова C.B., Лавпов П.В. Исследование профиля распределения основных компонентов соединений в полупроводников:«: готгроптруктурах методом ренггеиоепт.трашгого ппкрэсналя-за.'- В сб. "¿нзш:о-хкмт'*:;?ск1':'о аоиект:; технологи;: микро- в оптоэлектронпкп". Воронеж, Щ1, 1991, с. 97 - 103.

20. Безрядин H.H., Сшоров I0.BI. й/зьмеккэ Т.А., Агапов Б..Т., Гонпнскпй А.II. ■ Получение слоев арсонида галлия на'кремнии

в квазизамкнутом объеме. - В сб. "физика и технология материалов электронной техники". Воронеж, ВШ, 1992, с. 64-68.

21. .Сысоев -Б.И., Лгапов Б.Л., Безрядин H.H.Буданов A.B., Гоголев A.B., Елых Ю.К. Особенности роста монокрислаллических слоев.сульфида индия на арсениде индия. - Тез. докл. 8 Все-союзн. кокф. по росту кристаллов, Харьков, 1992, т.1, •

с. 116 - 117. ' . '

22. Сысоев Б.И., Безрядин H.H., Сыноров Ю.В., Агапов Б.Л., Кузь-менко Т.А. Получение монокристаллпчоскпх слоев арсонида галлия на крешии в квазизамкнутом- объеме. - Тез. докл. 8 Всесоюзн. конф. по-росту кристаллов, Харьков, IS92, т. I,

с. 118 - 119.

Заказ 401 от 24.11.93 г. Тир. 100 экз. Формат 60 X 90 1/16. Объем I п.л..Офсетная лаборатория ВГУ.