автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Физико-химические основы формирования гетероструктур со слоями соединений А2В3VI

РГ6 ОД Jl'

югонгаяий ГОСУДАГСГВБШГ.?. ПППЗЕРСИТЗ?

Г7 I 0 у

На правах рукописи

ЛГЛ/ЮП Гог'-

сл;жо-л;;1лп!с;ск!н основы гжрооттукт/;

со слоя:';: соэдзет:;: аЩ1

Специальность 05.27'.01 - трердотельнал электроника,

!":кро электроника '

■ о

Диссертация

на соискание учёно:! степени кандидата технических наук в форме научного доклада

Воронеж 1593

• Работа выполнена в Воронежском технологическом циститу (г.Воронеж) п в Научно-исследовательском институте атег.трон-кой техники (г.Воронеж).

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ - доктор физико-математических

наук, профессор Б.И.СИСОЙВ

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ - доктор физико-математических наук

старший научный сотрудник И.Н.АРСИГГЬКВ

кандидат физико-математических наук, доцент В.А.ТЕРЕХОВ

ВйДУЦАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - Вороно.т.скпй политехнический

институт, г.Вороне.":

Зашита состоится "13" Я ИЬарр_1934_г. I1 15 ч:

сов на заседании специализированного совета К 063.48.02 при Bopouc.-tcr.oM государственном университете по адреоу: 394693, г.Воронег., Университетская пл., I, ВГУ, ауд.

С диссертацией могло ознакомиться в библиотеке Воронежского государствогаого университета.

Диссертация разослана "Зо" 1ЭЭ-5 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИК РАБОТ»

Актуальность тснч. Одной из плат современной микроэлект-шки является поишонтго бпстро.пойотвкц си'.тияшх элементов гегрплышх клкросхеп. ИаибольялП интерес в ртом направлении здстагляют исследования нолов;гс геторэструктур на основе лупроюднпковнх соединений с грсоко» подига:остьэ носителей ряда л с наиболее полним соответствием параметров кристал-чос1Шх решеток. контлктлру'-ли'.х материалов в готероструктурпх па :.:<зтадл - диэлоктркк - пп.лупрогоднн:'. (;,Щ!1), Ранее била казана гор'ГГ-йооть лелелълог-ллд г. кллеолво р Л-структурол слоте г. иупрплптгз!:":: каторгалов

г илиней млнылей обо-'л^'л:: : л/лнзк- л-лроллллл л н:г;'

'<!>;' ). ';!:- лгл;:лл^. л^еес1 ео'-дл-

л; ■ у," : -тлл ц.\ло:1 л.л'ул Ог:ь л!у:злт.'->слапл :лдлулим1нчеекла ••;а!нош:я из глгсср. глг.'пгопо.тобтв: полупроводников в

^л^лной лолрл.'?тхо зл>гор'л: л;узлов оллзклаз,. ля незалл-

Плзлллга отлл гаггтек;'! определяется 2К!г>лиуя:{см валентных :лолпй, л их принято называть стгхломзтрлл:сллмл вакапсия&'и. полно:.! соответствии с ковплептчой.схемой соединений .такого та сгехиометрнчесглс вакансии яаллются электрически непт- • иыл.лл! и липпга х;аккх-ддбо акцепторных пли доиорннх свойств.' I основе изучения механизма растворения примесей вполупро->дниках такого типа доказано, что прпместше ато:~1 внедряется ропетку в непонпзованном состоянии и, естественно, не соз-лот алектрокнол или дырочной проводимости. Полупроводники со • гехиометрическимп вакансиями характеризуются сравнительно той подвижностью свободных носителе;; заряда (до 30 смл.З~-'-.сек"*), что является бдагопрвятнч"* фактором дня леньпенпя сквозных токов в структурах тина ГД'П (где П' ' -юл дефектного полупроводавка). -л тому ;;:о, полупроводники с э0'ОКтнЬ1'1 кристаллической структурой обладают высокой радла-гонной стойкостью.

Для повышения бистро действия активных элементов полевых гкроалектрошшх приборов необходимо обеспечить снй.т.егош ;овня плотности локализованных состояний на границе диалект- . :к - полупроводник. В структурах А^Вд1 - А%У это достигает-'.} за счет подбора материалов пленки II подлошш с целью обес-зчения максимального соответствия параметров решеток.

Исследование химического состава, структуры, электрофизических свойств позволяют объяснить физико-химические и электрические явления, происходящие в данных системах, установить основные'закономерности формирования слоев с целью оптишза -ции параметров технологических процессов их получения. Таким образом, тема диссертационной работы, посвященной исследованию условий получения и свойств гетероструктур на основе полупроводниковых соединении типа AgBy'®' , является актуальной.

.Цель работа. Исследование условий сторнирования гетероструктур со слоями соединений AgOg* на подложках In As. . , Ga/Is и Si .

Задачи работы вытекают непосредственно из цели:

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

2. Исследование процессов гетеровалентного замещения в полупроводниках Разработка методов получения слоев соединений 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 AgBg* в полученных ге-тероструктурах. Научная новизна. Научная новизна-работы состоит в том, что впервые:

1. Получены гетероструктуры с эпнтаксиалытми слоями'соединений А^В^1 на подложках InAs , Ga As. и Si •

2. Комплексным применением методов электронной и.рентгеновской спектроскопии, электронной микроскопии и алектро-фя-зических исследований изучено строение переходной области в гетероструктурах типа AgBg* - А%Л

3. Обнаружен эффект влияния подложки на элементный состав растущего слоя соединения переменного состава в процессе

■ осаждения из газовой фазы регулируемого состава.

Практическая значимость. Предложены различные способы по-^лучения эпитаксиальных слоев соединений А^Б^ на полупроводниковых подложках.

На основе комплексного применения электронной микроскопии, рентгекоспектрального микроанализа и алзктрл-физических изме-

рений разработаны новые методики исследования переходных пограничных областей гетероструктур.

Разработанные аналитические г.етодлкл имеют общий характер и могут использоваться при исследовании широкого круга слоистых структур, применяемых в микро- и'опто-аяектронико. Математические программы могут быть использованы для построения теоретических калибровочных зависимостей при количествен^-ном анализе состава тонких пленок методом рентгеноспоктраль-ного макроанализа.

Основные положения, выносимые на заг'нту.

1. Физико-химические услоШт получения слоев полупроводниковых соединений в ктазпаамкнутом обт-емо.

2. Коглшгекс методик для ксслсд>:"гш:я перзходияс облаете;: и распределения помпопеитоп по глублиз слозсаих структур.

3. Структурные характеристики тонких тонок соединений ]пгТе3, }пгВ3 » на подтогт:: и , и их связь с технологическими ш?ргг!зтрагл|.

Лпробашш работы. ^ьтерзппяжортсчргоипэЯ работы докладывались и обсутаыпсь на 32-м Международном научном коллоквиуме (ГДР, 1'льменау, 1987 г.), меллзузовской конференции молодых уче1шх "Наука и ее роль в ускорении научно-техш;ческого прогресса" (г.Бороне:::, 1987 г.), У Всесоюзно;'! конференции по физическим процесса:,1 в полупроводниковых гетероструктурах (г.Калуга, 1990 г.), 35-м Мелсдународном научном коллоквиуме (ГдР, Пльмвнау, 1990 г.), УП Всесоюзном симпозиуме по растро-еой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел "РЭ',г-91" (г.Звенигород, 1991 г.), О Всесоюзной конференции по росту кркстатлов (г.Харьков, 1992 г.);

Публикации■ По теме диссертации опублик.овано 22 работы, в том числе 4 авторских свидетельства на изобретешь.

ОСНОВНОЕ СОДЕРГЛБЕ РАБОТЫ

I. Получение гетероструктур типа А^В^ _ методом гетеровалентного замещения и их свойства

Технологичесгл наиболее простым способом получения слоев .соединений АпВ^1 на поверхности А%У является гетероввлентное •

замещение компонента В^ в решетке на В^1 в процессе термической обработки в парах халькогена. Контролируемыми пара-мотра1.щ процесса являются: температура подложки, дгвлеиие пара халькогена, задаваемое температурой испарителя, температурный градиент стенок реактора и вромя процесса. Данным способом били получены тонкие плеща! соединения Go^SBs на подлозлсе боЛа 11 соединений ]пгТез и /лгБз на подложках JnAs.

I.I., Получение и свойства эпитаксиалышх слоев Gc^Se^ • на Gq/1s

Наличие непрерывного ряда твердых растворов в системе GQ/tS-Go£Se3 и однотипные кристаллические структуры с близкими параметрами решеток позволяют получать указшпше ге~ тероструктуры с электрически совершенной границей раздела.

Термическая обработка пластин Ga/lS в парах селена производилась в вакуумкрованных кварцевых ампулах, размещаемых в двухзонной реакторной печи. Контроль толщины и элементного состава приготовленных слоев производился методами растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа (РЭ<\!-РСМА). Послойный анализ", проведенный'ионным распылением пленок GDjSSa с одновременной регистрацией Ох;е-, спектров, позволил.установить наличие переходного слоя толщиной 20 нм независимо от исходной.толщины пленок, сформирован-1шх при одинаковых технологических условиях.

Исследована кинетика роста слоев GGsSe3 на подложках ; Gq/Is . Установлено, что рост толщины пленки cl со временем при различных термодинамических условиях описывается зависимостью d~l/T (рис. I). Анализ изменения d при увеличении температуры подложгл (рис. 2) гозволяет оценить энергию активации ( U ~ 1,5 эВ) процесса, лигатируяи.его образование слоя GQ^-Sês . На рис. 3 показано пяиянлз дзыишя паров селена на толщину пленки селештда ггплия ирп-постоткноЛ температуре подаоязеи. Все экспериментальны? дшшыо рительно описываются зависимостью гида

T)-Do ехР ("^Tv i (i)

где D - коэффициент диффузии, Р - давление пап:>з с аггела, t время процесса.

Характер зависимости толщины слоев от времени формирования указывает на диффузионный механизм этого процесса. Отсутствие в слоях GüzSea шшьяка и увеличите скорости их образования с ростом давления селена при постоянной' температуре подложки подтверждает, что лимитирующей стадией роста пленок является доставка селена к месту реакции.

Электронографпчеciare исследования показали, что структура слоя соответствует ot -фазе GaaSe3 . Элементный состав слоя по данным PCf.IA соответствует стехиометрии соединения GQ2-Se3

1.2. Получение и свойства зпптакспапышл слоев ]nzTe3 "а ]пА&

■ Исследование процессов гетероваюнтного замещения мышьяка в JnAs теллуром из паровой фазы представляет интерес с точки зрешш получения тонкого моя 1п2Т&з на поверхности Jn/U с целью форшровашш гетероперехода ]пгТе^1пА5 с совершенной грашщей раздела благодаря хорошему соответствию параметров кристаллических решеток теллурида индия и apee нида индия.

Термическая'обработка подложек /nAs в паре теллура производилась в кваэпзамкнутом объеме (метод "горячей стенки"). Давление пара теллура варьировалось в диапазоне от 0,1 до 100 Па, температура подложки - в диапазоне (620 + 850). К. Время .одного процесса составляло от 0,5 до I часа. Электроногра-фичесгле исследования полученных образцов показали, что в результате этого процесса на поверхности подложки формируется эпптаксиальная пленка со структурой, соответствующей • cL -фаза JñiТе.? с упорядоченной ргвзткой катшлшых вакансий, при дефиците индия ( 0 о = 1,8455 нм). При исследовазпш состава пленок катодом PCi.IA было устаношено, что пленки, полученные го всем диапазоне технологических режимов, имели состав, соот-' в«тстру:оапЯ стехиометрии соединения 1пгТез'

Ра неф поверхности пленок контролировался с помощью РШ. что рост наиболее равномерных по микроструктуре пленок происходит при снижении давления паров толлура и температуры полложки.-Предложено возможное объяснение механизма: про-

1,0 Р®

Ц6

V

О,г

с!, ДЧК.М

Рис.. I. Зависимость толщины

слоя ■ вот времени ого формирования

ст.)

1-о,з; г-з,1:

О I г 3 4 тГТ^Ас! с!,мкм 500 цоо т'с

1,2 /суг,К'

-{

Рис. 2. Зависимость толпшш - ' слоя .Саг.Зе^' от. тем-■ пературн подложки

Рио. 3. Зависимость толядшы

слоя СагЙез от давления паров селена . ..

1,0 ^ -/р^ярт.стМ

исходит снижение скорости образования зародышей и уменьшение пх плотности в результате сштжешш скорости реакции гетэро-валентного замещения атомов мншьяка в решетке арсенида пндия атомаит теллура. Проведено изучение поперечных изломов структур с помощью РЭМ и отмечено, что переходная область между пленкой и подяоу-кой имеет неоднородную структуру. Данная неоднородность возникает на ранних стадиях роста пленки и присутствует в той или иной степени на образцах, приготовленных во всем диапазоне технологических условий.

Проведен послойны:: количественный анализ полученных ге-тероструктур методом яя»ктротюЯ Ото-спектроскогпш (ЭОС) в сочетании с распылением поверхности ионнгм пучком. Полученные пройпли свидетельствуют о том, что при .Тормировашш пленок в указанных условиях мегду пленкой и подчогкой образуется переходная область в диапазоне толшгн от 55 до ТОО ¡пл.

Гетероперехода 1пгТв3- /п/12 п-типа исследовались ые--тодом вольт-амперных характеристик (1Ж) в даппазоно температур (90 + 320) К. Вид БАХ (рис. 4) свидетельствует о Протекании в пленке'тока, ограниченного пространственным зарядом (ТОПЗ) с захватом шег.октнро ванных носителей на ловушечнке центры. Кмщентрация ловупек, определенная по величине напряжения Упэл > соответствующего полному заполнению лову-шечных центров, составляет в данном случае 10^ лГ'"1. Величина относительной диолоктрчческоЛ лров;п,з<»,,'>ста онси-шляись из измерения высокочастотной емкости структур при V - 50 К и составляла £ = 12. Удолыюе сопротгич-чию слоев /п^Те^ определялось из ВАХ при напрятошп! от - ю"* до - ТО"1 В и со-стгтлчло (2 + 15) х 10' Ом.ем, что стоттмготруст известным данным об удельном сопротивлении массивных кристаллов •

ВАХ при пологлтольном потенциале ча контакте АТ -]ргТ^(рпс.4) погтотпллявт собой прлгуп лшшр в координатах 1$} - У V , что свидетельствует о механизм? токопрохотдепия ¡Нотткг. Из т<?г.щера-гугпо" эт7шспмоетн электропроводности гетеросистемы определена гор.тчесгля ширина запрещенной зоны.

1.3. Получртто и свойства зпитаксиалышх пленок ]п??)3 на ]пА&

прпП на поверхности подлог^!; арсе-

нида индия производилось при термической обработке подложек в парах серн в квазизамкнутом объеме. Давление пара халькоге-на над конденсированной фазой задавалось нагревателями и составляло + 102) Па, температура подложки варьировалась в диапазоне (470 + 520) К. При температурах подложки (470 + 520) К и давлении паров сери (10 + 10 ) Па полученные слон имеют монокристаллическую структуру, соответствующую кубической фазе J3-J/72S.3 (типа шпинели с упорядоченными дефектами) с параметром решетки 0 о = 1,077 юл. Оценка толщины образующегося lia 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 PCJ.1A по глину травления.. Полученные данные свидетельствуют о существовании пограничной переходной области в исследуемых структурах. Волът-фарадныэ (C-V) характеристики гетероструктур AI- /лj.S3 - . ]пА& (исходная концентрация электронов в }nAs см-3)

измерялись в интервале частот (КГ® + Ю6) Гц в диапазоне тем. ператур (100 4 300) К (рис. 5). Проведен также расчет теоретических характеристик в рамках модели ВДП'П структуры. Сдвиг экспериментальных и теоретических зависимостей С(У) по напряжению объясняется присутствием в данной гетероструктуре локализованных зарядов. Повышенная крутизна экспериментальных Sa. висимостей по сравнению с теоретическими может быть следствием предполагаемой варизониостн переходной области.

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

Показано тагасо, что токи утечек сквозь слой ]nz&3 не нарушают состояния квазправновесия генерации - рекомбинации в

приповерхностной' области /л Дй , то есть слои сульфида индия в диапазоне толцин от 0,01 до 0,1 мил проявляют свой- . ства диэлектрика. Это дает возможность использовать их в . структурах для полевых транзисторов на основе МДэ в каче- . стве подзатворного диэлектрика.

П. Получение тонких пленок соединений типа А^Вд^ методом осаждения из газовой офазы. регулируемого состава и исследование их свойств.

2.1. .Получение к свойства пленок на 5*1

Для изготовления-полевых гетЬроструктур на кремнии в качестве полевого диэлектрика были выбраны тогаже Пленки соединения вОг^е^ , поскольку оба материала имеют кубическую решетку типа сфалерита, и параметры реаеток (' 0о = '

== 0,5430 нм) и Й0г5е3 ( Оо = 0,5422 нт,0 отличаются неболее, чем на 0,2'%. ■ .

При получении пленок термическим испарение!,I полпкр'пстал-лпческих образцов Саа5ез в'открытом объеме в вакуума с изменением температуры подложки (Тп) от 420-до 620 1Г(темпа-ратура испарителя Тя = 1070 + 1100 К) структура пленок менялась от аморфной до полшсрнсталлической текстурлрованной. С. целью формирования структурно более совершенных, п однородных, по составу слоев С 0 ?. ^ е з исследовали условия, получецйя пленок в квазизамкнутом объеме методом "горячей стенки". При испарении в кваэизагдшутом объеме удается снизить степень пэ-реекпения пара у поверхности конденсата за счет сближения температур испарения и конденсации. Этот фактор, а также.наличие лпншпческого равновесия ме::-ду г.о;!денсацией и репепар'ешшм позволяют выращивать слои в условиях, близких к равновесным. Температуру испарителя устанавливали равной 1000 К, .а разность Т., - Тп = 60 К. Температуру стенок Тс в процессе осачщешш поддермигали шпе Ти. Полученные при этом плешей тлели крупноблочную структуру. Отмечено отсутствие зависимости направления роста пленок '30?_о?.з от ориентации ¿1 -подложки, что предположительно было связано с наличием на поверхности крем-, ния тонкого подслоя естественного 'оксида. Для совмещения процессов удаления оксид-? н моя Оаа5е_з в едином

технологическом цикле разработал способ, основанный на восстановлении кремния в подслое оксида при обработке иоддохен в сверхвысоком вакууме в потоке галлия. Обработку Si -подлогаки в потоке галлия проводили в специально сконструированной камере (Квазизамкнутом объеме), представляющей собой разъемную гранитовую ячейку с четырьмя.не зависимыми регулируемыми зонами нагревания (подложки, стенок, источника галлия и источника селена), при Тд = 1070 К е течение 30 минут. Затем формировалась пленка Ga2Se3 при следующих значениях температур: Тп = 970 К, Tqq = 1170 К,. Tse = 490 К (парциальное давление паров селена в камере ~ 0,6 Па). В результате данного прбцес-са получены монокристатлические пленки с ориентацией, соответствующей ориентации подложки. Элементный состав пленок соответствовал стехиометрии соединения GQjSej с точностью (1+2) вес..р. Исследования структуры проводились методом электронографии, измерение концентраций элементов - методом РСМД.

В полученных .гетероструктурах G02Se3 -Si с монакри-сталлическими слоями селенида галлия методом дифференциальной .проводимости определена плотность поверхностных состояний на границе раздела, которая составила 8 х'Ю® см~2эВ"^, что ниже таковой на границе SiO^-Si . Низкая плотность пограничных состояний делает данные гетероструктуры перспективными для создания быстродействующих приборов на основе структур .металл-ди электрик-полу про водник.

2.2. Получение и свойства пленок Jn2Te3 на Jn/tS

Известно, что соединение /гъТез испаряется инконгру-знтно. Пары этого соединения содержат преимущественно молекулы Teg. Вследствие этого попытки произвести осалдение пленок }пгТе? на подложки 1пА$> при непосредственном испарении 1Пг.Те.з приводят к сильному легированию подложек теллуром и образованию слоев inzTe3 по механизму гетероваленткого за:ло-шенпя атомов /Is в решетке ¡Г)А& ка атомы Те, С£ор:.*вро-вавшеся таким образом гетероструктуры шают довольно протяженную (до 100 нм) переходную область. Этот i. акт не позволяет не-_ пользовать данные гетеропереходы в качестве моментов полупроводниковых приборов. Для уменьшения ширины переходной области

достижения наилучшего сопряжения решеток на гетерогранице аш предложен способ получения эпитачсиальных слоев, позво-шциИ раздельно регулировать давлешш компонент пара у по-ерхности подложен. В соответствии с данным способом осажде-ия испарение исходных компонент ( }п и То ) производится з двух источников, размещенных в автономно 'нагреваемых объе-ах квазизамкнутой системы. Возможны дп варианта проведения роцесса осаждения:

I. Стационарный режим. Температуру источников ]п и Те годдерживагат на тшеом уровне, чтобы отношение давлений их па-)ов было равно молярному отношению данных компонентов в осаждаемом соединении ]ПгТез 1 Т]П = 1223 К, Р;п = 1,33 Па, = 650 К, РТо = 2,2 Па). Время проведения процесса-от 0,5 то 2 часов.

2. Циклический режим. Давлению пара индия поддерживается на постоянном уровне, равном 1,33 Па, а давление' пара тал-тура периодотески меняется от 0,1 до 10 Па. При низком давле- • пга пара теллура на поверхности подложен осаждается слой, збогащешшй индием. При последующем повышении давления теллура подложка с адсорбированным слоем индия находится в парах.' теллура. В этот период на подложке происходит образование . слоя соединения 1пг7~ез • Затем давление пара теллура пони- • кается и цикл повторяется сначала. Толщина пленки пропорциональна количеству циклов. Температура подложки регулировалась в диапазоне от 573 до 623 Л.

Измерения методом РСМД показали, что концентрации компонентов полученных пленок соответствуют стехиометрии соединения • 1ПгТез . Методами РЭМ и электронографии изучено влияние параметров процесса напыления на структуру и морфологии пленок /пг7"ез • Пленки с наиболее высокой степенью совершенства получены при условиях роста, Сшглсих к термодинамически равновесным. В этом случае переходная область имеет существенно меньшую протяженность по сравнению о аналогичными структурами,', полученными методом гетеровалентного замещения.

2.3. Получетга и свойства пленок на 7л Л 3 .

Из всех известных алмазоподобных бинарных соединений со

стехиометрическими вакансиями наиболее близкие к Jfl/ls значения постоянных решетки имеют соединения ]пгТе^ ( Ос = = 0,616 нм) и GОгТез (Ос = 0¡585 нм). Ранее было установлено • существование твердых растворов в разрезе (GQ^TejJ^n - (1ПгТез)у. тройной системы 1п~С>а~Те во всем интервале концентраций. На основе ре!Йгеноструктурного анализа было показано, что все кристаллы разреза 1ряТе3-СогТ^з имеют один и тот не тип решетки, причем параметр решетки изменяется от 0,615 юл при X = 0 до 0,589 нм при X = I по закону, близкому к линэйному. Регулируя соотносишь ]п и C5Q ' в соединении ■ ]пгх GQz(-t-x)Te.3 возможно установить величину й0 , в точности равную значению данного параметра для JnAs . Wo=0,606 нм) Это достигается при X = 0,65..

Пленки тройного соединения j- были получены

методом испарения индия, галлия.и теллура из трех источников, размешенных в автономно нагреваемых объемах квазизамкнутой ciw стемы. Температура источников индия и таллия выбиралась таким ,-образом, чтобы .отношение-давлений паррв бйло равно малярному отношению соответствующих компонентов в конденса£е требуемого ■ состава. Исходя из.этого, в процессе осаждения температура источника индия, была установлена равной 1183 К,' что соответствовало давлению пара индия Pjn = 0,В6 Па, а температура источника галлия - 1303 К, ;что соответствовало Рса = 0,28 Па. В - .

статическом режиме осаждения температура источника теллура устанавливалась равной 650 К,'что соответствовало Рфе=2,2 IM. В циклическом режиме давление теллура'периодически менялось от 0,1 до 10 Па. Температура подложки ]пА& устанавливалась.-равной (610 -f 630) К. Длительность процесса варьировалась от' 0,5 до 6 часов 'в зависимости от требуемой толщины.

Исследование полученных образцов с помошло.РН.1 показало, . что пленки шеют гладкую поверхность и четкую однородную границу с подложкой, как и,в случае пленок lrizTe3 , пслучзшщ? по однотипной технологии,- Количественный РСМД лодтнердгчто состав пленок с хорошей точностью соответствует стехиометрии -соединения GoojTej , а при небольших отклонениях от установленных температурных параметров гц-сце-па конюттращш индия и галлия в пленка;! изменяются, в то всо;.п как конкэнтра-ция теллура сохраняется постоянной и равно.4. 60 ат.Й.

" Проведено исследование аяектро^йэнчзскйх napo:..sipna отрук-

1(Л)

и

10*

',0

10 10*

- /о1 40'-10'. (О1 Ц^*^

тА7, в^

-2

10*

10•

« » «

-10,1 г з

1(А)

6 -г / МА)

1 /5' V

10* \

Т0-' ¿ 5 10° 0,,МКМ

10

Ч(в)

Рис. 4. Вольт-амперная характеристика гетероперехода ]п^е3 -]пА& (п = 2хЮ17 см-3), Т = 300 К, толщина слоя 1пгТез

- 0,8 М1Ш, 'площадь контакта-

9

- 0,3 шГ

Рис. 5. Вольт-$арадаые- С(У)-характеристпкп гетерострукту-ры Н-1пг&л - ]п'А& ; 1,2 -экспериментальные криЕые при 300 К и 100 К, соответственно; теоретические кривые: 3-дяя идеальной ЭДДП-структуры, 4,8 - .для структуры 1/ЩП'П с

концентрациями в слое П' 10о? _ 15 „г__тс; тс----тс -4

-Д5 тп16

,5хЮ16см::з

10 , 5x10^,Ю-1 соответственно

Рис. 6.10/) характеристики (кривые 1,2,3) структура А1-при 300 К

и зависимость тока от толщины слоя на участке квадратичной зависимости 1(У) (V =0,07В) (кривая 4).(I),(2),(3)=0,12; 0,3 и 1,5 гш, соответственно.

тур AI -io/,3Gon/Têj-7л/Is методом вольт-амперных характеристик (ряс. 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 была определена при измерении высокочастотной емкости (10^ Гц) гетороструктуры и составляла ~ 15.

На основе измерений зависимости термо,динамической работы выхода в системе ¡т,зОао,7Те3-1пА& от толщины слоя In-i^GQojTej показано, чго данные слои могут использоваться в полевых готероструктурах, но с толщиной d меньшей, чем 0,2 мкм (juin выполнения условия cl< Lp , где Lp - длина экранирования Дебач) и только в сочетании с верхним слоем диэлектрика, что необходимо дтя сни.тенпя уровня сквозных то ион.

Ш. ИсследоЕшше переходных областей гетероструктур метолом РСГДЛ

В процессе эпитаксиального роста пленок полупроводниковых . соединений на нолупроводн;.'косых подложках на мел/фазной границе образуется -переходная область. Длл изучения послойного распределения химических элементов в гетероструктурах и.строения переходной области разработаны методики, основанные на использовании количественного РСГ.1Л в сочетании с распылением поверхно-.сти иошшм пучлогл. В настоящей работе предлагается варятацня метода послойного травления - анализ по клину, контролируемой геометрии о очень малым углом ( Ю-^). Приготовлен:^ глина производилось методом распыления ионами Аг+ . Контроль ' те метрических параметров клина травления осуществлялся с помощью РЭМ по поперечному сколу на образце. Объектами исследования являлись ошппксиглъкне гетероструктурн на основе апзонлда индия о тонки;-л одел ли соединений ¡ПгТчз , }пг$з и 1пгх Ga¿(f-х)1?.? , впрлщенннми различными способами в квазпзамкпутом объ«:з,

Дчя проведения количественного анализа клепок на по, -огсках о то.икинп" меньшей размера области гоиорацпи рентгеново.::?! * яз-лученпя необходимо знать распределение гон^рлцл: по глуошг' разца <f(pz) . В дашгоГ работе для он}*1.'««тенил топ"".чч и состава пленок соединений Jn.?x &Оз(*~х)Тез на nn-y.vurnx 7fi/ls язпользовали м°тод якогл'н^-гь-^зрп. лотолг i ; г-- = 'т—

;я полуэмпирические выражения для функции ^(Р3^ • Исходной шформацйеп для расчетов служило отношение числа рентгеновских" {Бантов эмлттированных из плёнки к числу квантов, эмиттирован-шх из массивного эталона кг . Кривая кг (У^) отроилась с учетом поглощения рентгеновского излучения, в.образце. Расчет • салибровочных кривых кг^Ъ-) производился на ЭВ;,]. ■

В гетероструктуре 7л гх С аг(ч-х/Гез-7/7/15 индий является ' )бщим элементом подложки и пленки и, следовательно, 'но подлежит измерению о помощью .данного метода. Однако» исходя из ' .- • гредположешш, что количества компонентов'в пленке связаны мэж-■¡у собой стехиометрией соединения 7пгх,' концентра-' . дия индия также может быть рассчитана по измененным корценура-.. щям галлия и теллура. - ....

. -Величина стандартного отклонения 5 (вес./!) при .измерении шнцептраций вычислялась по формуле: 1

. (2) ••

?де К - "кажущаяся" концентрация, измеренная с абсолютной •' . случайной-. погрешностью <? , С - расчетная концентрация, ком-лонэнта.'В данном эксперименте величина стандартного отклонения при измерении концентрации галлия не' превышала 0,13 вес'.£. • 'Количественный анализ состава гетеростру1стуры;7лг*бС?г^^7еа проводился по малоугловому клину с. контролируемой, гег'. эмо.трией, полученному по методике, описанной выше. Это ддл.о зозможность оценить распределение компонентов/ планки ."по глуби-г ле. Результаты измерений представлены на- рис. 7 в форме за'вие-и-лос^ей'концентраций-компонентов в объеме пленки от массовой голщины пленки на'склоне кратера распыления. Видно, что'состав -«меняется с толщиной и у грашщы с подложкой достигает стехиометрии соединения 1гцгз60о7Те3 '. (X = 0¡65)., согласующегося то.параметру решетки с 7/7 н$ . Состав вышележащих областей слоев изменяется, приближаясь к'составу пара над конденсатом. Такой характер изменения состава пленки по толщине'существует ^зависимо от состава паровой фазы. Это.может-являться доказа- . гельством стабилизирующего влияния подложки на состав' растущего слоя. Это влияние выражается в том, что.при .различии в параметрах решеток подложки и эпитаксиального слоя в' последнем возни- ■ сают упругие деформации. Вследствие этого'свободная энергия', гвердой-фазы, а значит'и всей системы'пар -..твердое тело, уве-. .

Рис. 7. Концентрационные профили компонентов тонки

на подложке ]пА& , полученные методом РСГ.1А. X - стехиомэтричесгик коэффициент.

Рис. 8. Концентрационные профили компонентов в приповерхностной области подложки по данным количественного РС^.'А: а) структура ]ПгТе3-]пА£> , получт-иная методом ге-теровалонтного замещения, б) структура 1пг$>3-]п А& , полученная методом геторовалснтного замещения, в) структура }ПгТез~1пА§ , аслучоииая мотодсм осаждения из газовой фазы

личивается. Условие минимизации свободной энергии, то есть сни-кешш различия в параметрах решеток между подложкой и эпитакси-алышм слоем, приводит к тому, что из газовых фаз различного со-зтава на подложке кристаллизуются твердые растворы, состав которых практически одинаков, а параметры решето;;-совпадают с параметром решетки подяоззси. По церо роста толщины пленки стабилизирующее влияние подлоеки ослабевает, и вшелегащие слои пленки приближаются по своему составу к составу паровой фазы.

В гетероструктурах /пгТе3- In А& и ln2S3-lnA& для • проведения срав}штелыгой оценки глубины проникновения легирующего элемента (теллура или серы) в подложку был проведен количественный анализ в точках, расположенных на клине травления по диаметру кратера с шагом 5 мкм. За начальную выбрана точка,-находящаяся на ксг.1азпой границе, отчетливо различимой с.помощьо оптического ;шкроскопа в виде линии. Вое последующие анализируемые точки располагались на ¡лине в области подложки. Результа-. ты измерений представлен»! на рис. 8 в виде зависимостей концентраций компонентов от расстояния от меж/азной грашщы. С учетом известной геометрии шина рассчитывалась глубина О^^-К на'которой концентрация легирующего элемента в подложке достигает некоторого фиксированного значения (например, удвоешюго значог ния абсолютной случайной погрешности измерений 2 0" ). Установлено, что в структурах, полученных методом гетеровалентного замещения, глубина проникновения легирующего компонента значитоль-. но выше, чем в аналогичных структурах, полученных методом кон- ' денсации из паровой фазы. Сделанный вывод подтверждается результатами исследования поперечных изломов с помощью РЗ.м;

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработаны способы получения эпитаксиалышх слоев соединений АЫВУх на подлохзсах InAs, Gq,1s и St .

2. Получены образцы гетероструктур G02Se3-G0/4s , G02Se3-Si, hiTe3-lnl\S, ]П1,з&а0,7Те3-1пА& н ])1г$>3-1пА$ .

3. Установлено, что пленки соединений ]PzTe3 и -/Лг^з, выращенные на подложках 1пА& по механизму гетеровалентного замещения, обладают сверхструктурой, связанной с упорядочением дефектов.

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

. переходных областей елок - подложка.

5. Обнаружен эффект стабилизирующего влияния подложи на состав растущего слоя соединения переменного состава в процессе осаждения из газовой фазы.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Лгапов Б.Д., Безрядин H.H., Моргунов В.Н., Итак ¡O.K. Исследование состава и электрических свойств тонких слоев теллу-рида индия на арсенидэ индия. - В сб. "Свойства нитевидных кристаллов и тонких пленок". Воронеж, ВОН, 1986, с. 88-9:

2. Sysoev В.1., ßezryodin rJ-tJ-, Synorov Yu.V., AgQpOv ß.L. Jnvc-siiçciilon of gallium selenide films, grown by ihe~ Hot Wall nfeihod on silicon Jubsiraîe S, -phys. Slaj-Sol. (a 198Ь, V. 9b, p. K129-.K'I32 .

3. Лгапов Б.JI., Асессоров В.В., Стрыгин В.Д., Сысоев Б.И., Чурсина Е.И. Способ получения изолирующих пленок на пластинах арсенида галлия. - A.C. СССР JE I39870I, приоритет, ■ IS. 07.. 1986.

4. Лгапов Б.Д., Буданов A.B., Щевелеьа Г.М., Еезрлдин H.H., Казанин И.II., Постников В.В. Получение и исследование электрофизических параметров тонких слоев сульфидов.индия и кадмия. - В сб. "Исследования по физике полупроводников". Воронеж, ВГПИ, 1986, с. 76 - 79.

5. Постников B.C., Сысоев Б.И.,- Буданов A.B., Безрядин H.H., „ Шлык Ю.К., Агапов Б.Л." Полевые гетероструктури на осноЕо арсенида индия с полуизолирувЕ5"-я слоями соедине;:::;". -Тез. докл. 32 Междунар. науч. коллоквиума, ГДР, Плъменау, 1987, с. 17.

6. Лгапов Б.Л., Безрядин H.H., Будриов A.B., ЛесоЕоИ П.З., РошнскиД А.П., Сысоев Б.И., Елш: ЮЛ'. Способ полуиония эпитаксиалышх слоев. - A.C. СССР Л I52979I, пр;":;.г ;тол 15.05.1987.

7. Агапов Б.Л., Буданов A.B., Полу изолирующие покрытия }пг$>3

г у

и GqzS3 для материалов AB. - Наука ее роль ъ ускорь шш научно-технического прогресса: T'.s. доил, кежвуз. конф. - молодых ученых, Воронеж, 1987, с. 26.

3. Сысоев Б.И., Стригин В.Д., Чурсина Е.К., Агапов E.JI. Формирование переходных слоев переменного состава в гетерострук-турах Ga/1s-6o25ej . - В сб. "Структура и свойства

внутренних границ раздела в металлах и полупроводниках".Воронеж, BIEI, 19f38, с. 38 - 41.

3. Агапов Б.Л., Асессоров В.В., Стрыгин В.Д., Сысоев Б.И. Способ получения изолирующих пленок на арсениде галлия. - А.С. СССР D 1545858, приоритет 27.06.1988.

3. Pos/лi kov V-S-, Sysoev В.!., BudQnov A.V., Bexryadin

Shiуk Yu.K., Agdpov B. L- fr'eierosiruciures on ihe bosls o{ indium arsenide wilh seml-insulaiincf A§8j compound layers. - Phys. Slal. Sol- (a), 1988, v. 109 , p- 463 - $67.

1. Агапов Б.Л., Безрядин II.Н., Фетисова С.В., Шевелева Г.М., Лронов А.С. Количественный рентгеновский микроаяалиэ тонких полупроводшшовых и диэлектрических слоев. - В' сб. "Полупроводниковая электроника". Воронеж, ВГШ1, 1909, с. 37 - 42. ■

2. Сысоов Б.П., Сыноров Ю.В., Безрядин II.Н., Кузьменко Т.А.,

Дронов А.С.. Агапов Б.Л. Слоистые системы на основе кремшт

I'1 ут

с тошеими пленкш.а широкозошшх полупроводников AijBjj . Тез. дом. 35 Междунар. науч. коллоквиума, ГДР, Ильменау, I9S0, с. 13-14.

3. Сысоев Б.И., Безрядин II. Н., Буданов А.В., Шлык Ю.К., Агапов Б.Л. Формирование и структура гетерограницы Jp^Sj-JnAs • - Тез. докл. У Всесоюзн. конф. по физическим процессам в полупроводниковых гетероструктурах (секция Б), Калуга, 1990, т.2, с. 9 - 10.

I. Агапов Б.Л. и др. Способ получения монокристаллических слоев арсенида галлия на кремниевых подложках. - А.С. СССР J5 I6940I4, приоритет В.01.1990.

i.-Agapov B-L., B&zryadin H-tJ-, Budanov A.V., Sysoev 3.J., *

Pakhomov G.V., ~Lon B.fi. Loser siimulaied formation of heavily doped regions in {iel d - effeci Ml^-^iruciures based on {he A'{B^-A0Bi heierojuntiion. -Opiical ond Acouslical Review, {990, v. J, p'. 197-201.

i. Сысоев Б.И., Безрядин H.H., Сыноров Ю.В., Агапов Б.Л.,.дузьмен-ко Т.А. Получение и структура пленок селенида галлия на кремнии. -Неорганические материалы,- 1991, т. 27, Ji 3, с. 470 -473.

17. Агапов Б.JI., Безрядин H.H., Сысоев Б.П., Фетисова C.B., Шлнг. Ю.К. Исследовашю профиле;! распределения осноишх компонентов в слою: гетороструктур мотЬдоп i ЛДА. - Тез. докл. УП Всесоизп. симп. по растровой олэктронио!] .вн:рэ-с1;опии и аналитическим методом исследования твердых тел (F3M-SI),'Звенигород, 1991, с. 95.

18. Сысоев Б.И., Агапов Б.Л., Безрядин H.H., Буданов A.B., Ирокопова"Т.В., Фетисова C.B. Свойства границы раздела

jn/ls - тонкий полуиэолируюгций слой JnaSj . - ФТП, IS9I, т. 25, J0 4, с. 699 - 703.

19. Агапов Б.Л., Безрядин H.H., Моргунов В.Н., Сшюров D.B., Фетисова C.B., Лавров П.В. Исследование профиля распределения основчш: компонентов соединен;:;; в полупроводниковых гетероструктурах методов; рентгсноспоктрслыюго микроанализа.'- В сб. "àлзико-химлчзсппе яспе:'тн технологии пл.лго- л оптоэлектронпки". Вороне;;., J3Œ1, 1991, с. 97 - 103.

20. Безрядин H.H., Свноров Ю.В!„ к/зьменко Т.А., Агапов Б.Л., Рояннский А.П. Получение слоев арсеннда галлия на' креглг.гл

в квазизамкнутом объеме. - В сб. "физика п технология материалов электронной техники". Воронеж, ВПП, 1992, с. 64-G8.

21..Сысоев Б.П., Агапов Б.Л., Безрядин H.H.,' Буданов A.B., Гоголев A.B., Шлык Ю.К. Особенности роста монокрлелглллллзских слоев.сульфида индия на ароениде индия. - Тез. докл. 8 Вое-союзн. конф. по росту крпс.таллов, Харьков, 1992, т.1, с. 116 - 117. ' .

22. Сысоев Б.И., Безрядин H.H., Сыноров Ю.В., Агапов Б.Л., Кузъ-менко Т.А. Получение монокристаллических слоев арсештда галлия на.кремнии в квазизамкнутом-объеме. - Тез. докл. 8 Всесоюзн. конф. по-росту кристаллов, Харьков, 1992, т. I, с. 118 - 119.

Заказ 401 от 24.11.93 г. Тир. IU0 экз. Формат 60 X 90 I/IC. Объем I п.л. Офоетная л2борЬто;т-1 BIT.