автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Получение твердых растворов GalnAsP на подложках пористого фосфида индия

Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)

На правах рукописи

ШИШКОВ Максим Викторович

ПОЛУЧЕНИЕ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ Са1пАзР НА ПОДЛОЖКАХ ПОРИСТОГО ФОСФИДА ИНДИЯ.

05.27.06 - технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новочеркасск - 2004

Работа выполнена на кафедре микроэлектроники Волгодонского института Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) и в лаборатории инжекционных источников ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН г. Санкт-Петербург.

Научные руководители:

профессор, доктор физико-математических наук, заслуженный деятель науки РФ Лунин Леонид Сергеевич, ведущий научный сотрудник, доктор технических наук Арсентьев Иван Никитович.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Трипалин Александр Сергеевич, кандидат физико-математических наук Папков Игорь Петрович.

Ведущая организация

НИИ Физики Ростовского государственного университета.

Защита диссертации состоится « 1 » июля 2004 года в _10 часов на заседании диссертационного совета К212.304.02 в Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте) по адресу: 346428, Новочеркасск, ул. Просвещения, 132.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института).

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим направлять по адресу: 346428, Новочеркасск, ул. Просвещения, 132, Ученому секретарю Совета.

Автореферат разослан « 1 » июня 2004 г.

m

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В наше время происходит бурный процесс развития систем и средств связи, освоения традиционных и нетрадиционных диапазонов радиоволн, в том числе сверхвысоких частот, включая миллиметровые волны (ММВ). И хотя этот диапазон сравнительно молод по сравнению с другими, давно освоенными, сегодня уже общепризнано, что занимаемая ММВ полоса частот намного превышает те, что до сих пор находились в распоряжении человечества.

Использование тонкопленочных гомо и гетероэпитаксиальных структур на основе соединений АЗВ5 в электронных приборах различных типов предъявляет повышенные требования к их структурному совершенству и стабильности [1,2].

Такие требования наиболее существенны для материалов используемых при создании СВЧ диодов с барьером Шотгки, диодов Ганна и полевых транзисторов, что выдвигает в число фундаментальных проблем разработку новых методов получения эпитаксиальных структур и приборов на их основе. Наличие даже незначительных микронапряжений (~ 10"2-10"3) в них приводит к их быстрой деградации [3], наличию интенсивных фликкер шумов [4], значительному увеличению токов утечек [5] и концентрации центров безызлучательной рекомбинации. В итоге, имеем небольшой процент выхода годных приборов на их основе.

Одним из таких методов является эпитаксиальное выращивание на «мягких» пористых подложках полупроводников АЗВ5. Наличие пористого подслоя позволяет существенно снизить внутренние механические напряжения в получаемых структурах и повысить качество получаемых слоев.

Использование многокомпонентных твердых растворов на подобных подложках позволит получить приборы с более высокими характеристиками по сравнению с традиционными приборами.

Таким образом, диссертационная работа, посвященная разработке технологии выращивания на пористых подложках фосфида индия, а также получения гетероструктур на основе твердых растворов для СВЧ техники, является актуальной как с научной, так и с практической точки зрения.

Целью настоящей работы являлось определение оптимальных технологических режимов эпитаксии на пористых подложках фосфида индия, а также получения и исследование особенностей кристаллизации твердых растворов GalnAsP изопериодных фосфиду индия.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

• Исследование физических свойств пористых подложек;

РОС. t ■ • '"АЛЬНАЯ Ь<-ТЁКА

С i

2006 Р h

• Определение технологических особенностей процессов ЖФЭ на пористых подложках;

• Учет свободной поверхностной энергии при моделировании фазовых равновесий;

• Расчет фазовых равновесий в системах Са1пАБР и определение оптимальных условий кристаллизации в процессе ЖФЭ;

Научная новизна полученных в работе результатов состоит в следующем:

• Впервые комплексно определены условия технологических процессов роста слоев 1пР, СаЫАвР на пористых подложках фосфида индия;

• На основе представлений о межфазной поверхностной энергии границы раздела жидкое - твердое представлена теоретическая модель расчета фазовых равновесий, учитывающая влияние кристаллографической ориентации подложки на состав многокомпонентного твердого раствора на основе 1пР.

• Рассчитаны режимы роста и получены качественные слои Оа1пАзР изопериодные подложкам 1пР на пористом материале;

• Проведен сравнительный анализ электрофизических свойств слоев 1пР, Са1пАзР выращенных на монокристаллических и пористых подложках фосфида индия;

• Изготовлены СВЧ диоды Шоттки на базе гомоэпитаксиального 1пР, выращенного на пористых подложках, превосходящие по характеристикам аналогичные приборы на монокристаллических подложках;

Основные научные положения, выносимые на защиту.

• При процессах жидкофазного выращивания на подложках пористого фосфида индия для освобождения пористого подслоя от продуктов электрохимического процесса формирования пор обязательной является дополнительная операция низкотемпературного отжига при Т=250-300°С;

• Для получения качественных слоев многокомпонентных твердых растворов на подложках пористого фосфида индия необходимо выращивать буферный слой эпитаксиального фосфида индия толщиной 0.5 мкм для исключения влияния модифицированной поверхности подложки;

• Оптимальная величина переохлаждения при выращивании твердых растворов Оа1пАзР и на подложках пористого фосфида индия составляет 10-12 К.

• Применение пористых подложек фосфида индия уменьшает рассогласование гетероструктуры Са1пАзР/1пР (при толщине

4

буферного слоя 0.5 мкм) в 2 раза при рассогласовании в диапазоне

Да,

0 < —±- < 0.005;

а

• Значения обратных токов СВЧ диодов Шотгки, изготовленных на основе гомоструктур фосфида индия, выращенных на пористых подложках, меньше чем у диодов, выполненных на традиционных структурах, в 20 раз;

Практическая ценность результатов работы.

• Определены режимы технологического процесса жидкофазной эпитаксии многокомпонентных твердых растворов на пористых подложках фосфида индия: условия низкотемпературного отжига, подобрана толщина буферного слоя, необходимые значения переохлаждения жидкой фазы;

• Предложена модель фазовых равновесий, учитывающая кристаллографическую ориентацию подложки;

• Получены слои твердых растворов GalnAsP на пористых подложках и исследованы их кристаллографические и фотолюминесцентные свойства.

• Получены гомоструктуры InP и на их основе созданы СВЧ диоды Шоттки со следующими характеристиками:

На пористой: I^KUhA, Vnpo6=27B;

На монокристаллической: Iq^óhA; Vnpo6=20B;

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на семинарах и конференциях кафедры микроэлектроники ВИ(ф) ЮРГТУ (НПИ), The Thirteenth International Conference on Crystal Growth in Conjunction with the Eleventh International Conference on Vapor Growth and Epitaxy ICCG-13/ICVGE-11 (Kyoto, Japan, 2001), 6-th International Conference on Intermolecular Interaction in Matter IIM6 (Gdansk, Poland, 2001), Fifth ISTC Seminar (St. Petersburg, 2002), VIII всероссийское совещание по высокотемпературной химии силикатов и оксидов (Санкт - Петербург, 2002).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 14 печатных работ, в которых изложены основные положения диссертации. Основные результаты получены автором самостоятельно.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка используемой литературы, содержит 144 страницы машинописного текста, 34 иллюстрации, 9 таблиц. Библиография включает 77 названий.

На пористой: На монокристаллической:

1обр=0-ЗнА при V=10B; 1обр=6 нА;

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проведенных в рамках данной работы исследований, сформулированы основные цели, показаны научная новизна и практическая значимость работы, приведены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена обзору литературы. Приведены опубликованные результаты по исследованию свойств пористых подложек. Рассмотрены физические основы получения пористой структуры в монокристаллическом материале

Проведен краткий обзор методов получения эпитаксиальных слоев соединений АЗВ5(эпитаксия из газовой фазы, молекулярно - лучевая эпитаксия, металл - органическая газотранспортная эпитаксия, эпитаксия из жидкой фазы), указаны их преимущества и недостатки. Обоснован выбор ЖФЭ для получения структур 1пР/1пР, Са1пАзР/1пР.

Приведены данные по областям несмешиваемости и фазовым равновесиям в системе СаГпАяР/ГпР по расчетным данным, а также полученные эмпирическим путем.

Рассмотрены современные модельные представления для описания процесса жидкофазного эпитаксиального выращивания многокомпонентных твердых растворов соединений АЗВ5. Дан обзор основных феноменологических моделей растворов, используемых для описания свойств реальных систем.

Указано, что для повышения точности расчетов дополнительно необходимо учитывать упругие напряжения, возникающие при несоответствии параметров решеток сопрягаемой гетеропары, а также массоперенос компонентов в расплаве.

Дополнительно рассмотрены модельные представления, позволяющие учитывать влияние кристаллографической ориентации подложки на характер фазовых равновесий в системе, что особенно важно при росте ненапряженных слоев.

Во второй главе проводится расчет основных электрофизических параметров твердых растворов Са!пАэР в зависимости от состава, а также определены фазовые равновесия в данной системе.

Важнейшее значение для создания гетероструктуры с заданными свойствами имеет прогнозирование ширины запрещенной зоны твердых растворов. Линейное интерполяционное выражение в данном случае не может быть использовано, так как существенным оказывается нелинейный вклад эффектов смешения.

Для получения многокомпонентных твердых растворов необходимо иметь сведения по фазовой диаграмме в заданном интервале температур и составов. Фазовые равновесия рассматривались в приближении простых растворов, в квазирегулярном приближении жидкой и регулярном

приближении твердой фаз. Данный подход получить сравнительно простую модель при хорошем соответствии в экспериментальными данными.

Влияние упругих напряжений на характер фазовых равновесий учитывалось введением аддитивной упругой энергии в общую энергию системы, и следовательно в коэффициенты активностей всех бинарных компонентов системы.

Ориентационный эффект подложки учтен введением в общую энергию системы аддитивной поверхностной энергии. Приведен обзор доступных данных по значениям поверхностного натяжения различных расплавов и контактных углов с подложками АЗВ5.

Свободная энергия Гиббса двухфазной системы с плоской границей раздела представима в виде суммы

(1)

0 = °Ык + °Ык + ¿"".«А где С1ы,1к (О**) -свободная энергия Гиббса однородного объемного расплава (кристалла), егя-удельная свободная энергия Гиббса границы раздела и П -площадь этой границы. Используя подход, детально изложенный в [6,7], можно получить для общего случая двухфазной т-компонентной системы

(2)

1=1 <=1

где п(г/', „) - количество поверхностных атомов кристалла (расплава), приходящихся на площадь О , - поверхностный химический потенциал ¡-го компонента в фазе а, //*Мк- химический потенциал ¡-го компонента в объеме фазы а ( все химические потенциалы в предыдущем разделе относились именно к этому типу).

Термодинамические свойства твердых растворов АхВ|-хСуЕ>1.у принято выражать через химические потенциалы бинарных компонентов, а не элементов.

= 0.

Уравнения представляют собой систему двух уравнений относительно двух неизвестных концентраций в кристалле на границе с расплавом. Фазовую диаграмму, рассчитанную с использованием этих уравнений , мы и называем когерентной поверхностной фазовой диаграммой.

Термодинамически строгое выражение для поверхностного химического потенциала компонента в произвольной многокомпонентной системе получено Русановым [8] и применительно к нашему случаю может быть записано в виде

Mac*1 = Mac ]coACdcr + RT\na\

lAC>

где // V - химический потенциал чистого объемного кристалла АС при данной температуре; а¿с - удельная свободная энергия Гиббса равновесной границы раздела чистый бинарный кристалл АС - бинарный расплав соответствующего состава; <тч - удельная свободная энергия Гиббса границы четверной расплав- четверной кристалл; аАС - парциальная молярная площадь компонента АС; сР"Лс - коэффициент активности этого компонента в сегрегированном слое. В рамках нашего предположения о том, что сегрегированный слой состоит из двух атомных слоев, выражение для сР"АС можно записать сразу

Здесь Lx - доля от полного числа ближайших соседей в х-подрешетке, лежащих поверхностном слое (состав х'"1); Мх -доля ближайших соседей в х-подрешетке , лежащих в подповерхностном слое (т.е. в объеме с составом х); Ly, М„ Lc и Мс - аналогичные величины для у-подрешетки и перекрестных членов. Мы приняли Lx = Ly = L(= Мс =0.5 и Мх - Му =0.25 для подложек с ориентацией (111).

Структура выражения достаточно проста: все члены, описывающие взаимодействие данного атома с соседями в своей подрешетке разбиты на две части в соответствии с местом расположения соседа (в сегрегированном бислое или объеме). Предполагается также, что энергии связей не меняются при переходе из объема в пограничный слой и поэтому всюду используются одни и те же энергии взаимообмена ctп и cf^.

Расчет второго члена в уравнении менее тривиален. С физической точки зрения этот интеграл представляет суммарное изменение парциальной молярной площади бинарного компонента при изотермическом переходе от границы раздела бинарный кристалл - бинарный расплав к равновесной межфазной границе четверной твердый раствор- четырехкомпонентный расплав. Математически интеграл можно представить в виде

(4)

RT\nd™c = RT\nxlMymX + ¿X2/m(l" *"") + LyasMxm\ 1 -ymf -Lcac{ 1 -x'm)(l -/"') + Mxasny{\ - xf + Myalx{ 1 - y f -Mcac(l-x)(\-y),

.int\2

где cd™ас - некоторое среднее значение а>лс.

Так как состав сегрегированного слоя (У", у') отличается от состава в объеме (х,у), то этот слой будет деформирован. Поэтому в правой части уравнения должен быть добавлен соответствующий член, описывающий влияние упругой деформации

(6)

RT In у Тс М = ^ к*"" > У*> Т)1 Яиы (*"" ,УМ, T)

y [a(xint, ) - a(x, y)][2aAC - a(xint , Г) - a(x, y)] [.a(x,y)]2

Комбинируя, получаем общее выражение для поверхностного потенциала компонента АС

(7)

Mac = MAC ~ (ач ~ aAC WAC + RT ln ГАС + RT lnл:шyn, + (1 -xM)2Lxasn(yM) + (l-yMt)2 Lyal (x"" )-Lcac( 1 - x'"' )(1 - ymt) + (1 - x)2 Mxasn (у) + (1 -y)2MyasM (x)

- Mc ac (1 - x)(l - y).

Поступая аналогично, находим поверхностные химические потенциалы других компонентов

(8)

м1? = Нш - к - ^ X + RT 1п Гш m,+RT ln(l - xint )/"' + (x,n')2 Lxasn CT) + (1 - )2 L} a,* (x'w ) + L(a( x'nl (1 - ) + x2Mxa"n (.у) + (1 - у)2 M, a3s4 (x) + M( a( x(l - y),

(9)

M^? = Mio ~ К - aBD )<, + RT In rZim + RT ln(l - x'"' )(1 - ) + (x,nt)2 Lxasn(/'") + (/'")2 LyasM(x'm) - L( acxMy«* + x2Mxaf2 (y) + y2Mccj4 (x) - Mcacxy.

Все параметры, входящие в основные уравнения модели, известны из литературы.

Третья глава посвящена описанию технологии получения эпитаксиальных слоев соединений АЗВ5. Рассматриваются аппаратурно-методические особенности получения гетероструктур на подложках пористого фосфида индия.

В первую очередь рассмотрены вопросы формирования пористого подслоя на монокристаллических подложках. Пористые слои в кристаллах 1пР (100) п-типа проводимости (п~1018 см"3) были получены в анодном электрохимическом процессе в режиме импульсной подачи напряжения на ячейку с частотой 2 Гц, в качестве электролитов использовались кислые (рН=0.5-Н .5) водные растворы хлоридов (ЫН4С1+НС1). Напряжение на ячейке в импульсе в несколько раз превышали пороговые напряжения начала порообразования и составляли 7-ИОВ. В процессах порообразования продукты реакции выполняют функцию твердого электролита, обеспечивающего транспорт адсорбирующих анионов к фронту реакции на дне поры. Впоследствии не исключено разложение остающихся в порах продуктов с выделением элементарного фосфора и тригалогенидов, а возможно и более сложных смешенных галогенидов, сохраняющих связи 1п -Р. Для удаления данных продуктов и очистки скелетной структуры пор в типовой технологический процесс жидкофазной эпитаксии необходимо включить дополнительную операцию - низкотемпературный отжиг. Т.е. после загрузки кассеты система нагревалась до 300 °С и выдерживалась в данном режиме в течение 2ч. Были проведены опыты по отжигу, как в атмосфере водорода, так и в вакууме. Наилучшие результаты получены при отжиге в вакууме, что накладывает определенные требования на аппаратурное оформление процесса: желательно осуществлять отжиг непосредственно в ростовом реакторе.

Исследования поверхности подложки со сформированным пористым подслоем показали, что исходная поверхность сингулярной грани практически утрачена, и произошло замещение ее системой вицинальных холмиков. Такая структура поверхности с обилием элементарных ступеней приводит к тому, что рост эпитаксиального слоя на начальных стадиях происходит без формирования пространственно разделенных зародышей новой фазы, по механизму встраивания адсорбирующихся компонентов в уже имеющиеся на поверхности ступени роста, что снижает энергию активации процесса зародышеобразования. Однако это же приводит к увеличению плотности дефектов в слое, выращенном непосредственно на пористой подложке, что вызывает необходимость использования дополнительного буферного слоя фосфида индия.

Стоит отметить общую особенность жидкофазной эпитаксии на пористых подложках: в силу того, что в пористом подслое удалено порядка 70% исходного материала, устойчивость межфазной границы расплав -подложка много меньше по сравнению с монокристаллическим материалом.

Таким образом, реализация исходного пересыщения жидкой фазы для предотвращения растрава пор приобретает особенно важное значение.

Проведенные исследования показали, что необходимое пересыщение составляет 7-10°С. Ростовые процессы проводились в условиях ступенчатого охлаждения. Температура процесса роста составляла 650°С. При данных условиях удалось добиться наилучших результатов.

Рассмотрены закономерности эпитаксиального роста, такие как устойчивость межфазной границы и особенности дефектообразования в многокомпонентных эпитаксиальных слоях, которые необходимо учитывать при анализе результатов экспериментов и выборе оптимальных условий кристаллизации.

В четвертой главе рассматриваются результаты исследований люминесцентных и кристаллографических свойств полученных в данной работе структур, а также характеристики приборов, реализованных на их основе.

Структура пористого подслоя, представляющего собой систему пор и перегородок, на данном образце четко выражена. Главное направление формирования пор ориентированно по нормали к поверхности. Хорошо различима сама ветвистая структура пор, видно, что плотность каналов обладает высокой равномерностью по всему сформированному подслою, а граница подслой - объем кристалла практически планарная. Геометрические размеры самих пор отличаются достаточной однородностью. Исследования, проведенные на силовом микроскопе, подтвердили данный факт. Все это позволяет говорить о пористом подслое, как о практически однородной системе поглощения механических напряжений и подтверждает возможность получения гетероструктур более высокого качества, по сравнению с традиционными для ЖФЭ структурами.

Для выявления особенностей поверхностных рекомбинационных процессов на поверхностях, ограничивающих каналы пор, были проведены фотолюминесцентные исследования пористых подложек без эпитаксиальных слоев.

Кривая спектра, отвечающая неотожженному образцу фосфида индия со сформированным пористым подслоем, носит шумовой характер. Данный факт, в совокупности с данными СЭМ, позволяет утверждать, что поверхность образца и объем пористого подслоя пассивированы продуктами электрохимического окисления.

Кривая спектра образца подвергнутого низкотемпературному отжигу имеет пик, лежащий в более низкоэнергетической области (около 1.26 - 1.27 эВ), чем сравнительный образец (сплошная подложка, Е£ = 1.4 эВ). Этот пик отличается большой полушириной (106 мэВ) и достаточно высокой интенсивностью. Значительное уменьшение энергии пика в случае его зона -зонного происхождения может объясняться наличием высокой плотности локализованных состояний в запрещённой зоне, за потолком Еу,

сокращающей ширину запрещённой зоны пористого фосфида индия. Отсутствие основой полосы фотолюминесценции фосфида индия может быть объяснено поглощением излучения в объеме пористого подслоя и переизлучением через образовавшиеся уровни в запрещенной зоне.

Рентгеноструктурное исследование также выявило некоторые особенности, присущие самому пористому материалу. Кривая качания кроме узкого пика, обусловленного высоким кристаллическим совершенством монокристаллического материала подложки, имеет дополнительные побочные максимумы. Данное уширение спектра определяется интерференцией основного излучения от кристаллографических плоскостей и излучения от плоскостей, ограничивающих каналы пор. Данные плоскости проявляют свойства частично поликристаллического материала, так как выдерживая в целом общую направленность и ориентированность, все же является результатом суперпозиции их движений по направлениям <111>А и <111>В, а следовательно в некоторой степени разориентированы по отношению друг к другу и в целом к основным кристаллографическим направлениям.

Эффект уширения обусловлен тем, что дифракционные кривые вблизи 1пР(004)-отражения для образцов, выращенных на пористых подложках, представляют собой суперпозицию когерентных компонент дифрагированного излучения:

1) монолитной части 1пР-подложки,

2) компоненты пористой части 1пР подложки, разупорядоченной порами.

В силу необходимости применения буферного слоя при выращивании гетероструктуры вкратце рассмотрим свойства данных структур.

Контроль качества выращиваемых структур осуществлялся по данным ФЛ. Спектр ФЛ эпитаксиального фосфида индия на пористой подложке содержит широкий низкоэнергетический пик, обусловленный пористым подслоем. Сравним свойства эпитаксиальных слоев, выращенных в одинаковых технологических условиях на пористой и сплошной подложках. Основная полоса спектра ФЛ для образца выращенного на пористой подложке имеет несколько меньшую интенсивность по сравнению с традиционной композицией. Подобный результат легко объясним с позиции качества поверхности: как отмечено выше, для пористой подложки характерна модифицированная поверхность, имеющая тенденцию к увеличению дефектности слоя. Разница в толщинах слоев обусловлена различными механизмами роста: для пористых - механизм близок к винтовому механизму, характерному для атомно - шероховатых граней; тогда как на сплошных - послойный, так как грань атомно - гладкая.

Контроль качества выращенных слоев Оа1пАзР/1пР осуществлялся методами ФЛ, сканирующей электронной микроскопией (СЕМ), рентгеновской дифрактометрией. Исследования охватывали как слои

выращенные непосредственно на пористых подложках, так и с буферным слоем.

Фотографии СЭМ показали, что при росте непосредственно на пористом материале происходит нарушение планарности границы раздела подложка - эпитаксиальный слой. Данной подрастворение жидкой многокомпонентной фазой материала подложки приводит к незначительному, в силу малой плотности пористого материала, изменению условий кристаллизации на межфазной границе. При эпитаксии на буферный слой планарность границы остается неизменной

Исследования фотолюминесценции в данной работе проводились для преднамеренно нелегированных эпитаксиальных слоев, поэтому на спектре всегда присутствовала только одна линия, соответствующая межзонным переходам. По мере увеличения величины рассогласования на гетерогранице увеличивалась также полуширина пиков люминесценции соответствующих образцов до 50 мэВ, а интенсивность падала. При эпитаксии на пористом материале данная тенденция носит более выраженный характер, так как растрав пор приводит к катастрофическому ухудшению качества слоя.

В целом вид кривых на пористых подложках идентичен традиционным гетероструктурам. Стоит отметить зависимость между толщиной буферного слоя и значением полуширины краевой полосы спектра: при толщине буфера порядка 0.5-0.7 мкм наблюдается сужение спектров, а при увеличении толщины до 1.2-1.5 мкм качество слоя снижается. Данный факт говорит о том, что при толстых буферных слоях пористая прослойка перестает работать как демпферный элемент и характер распределения внутренних напряжений в гетероструктуре приближается к обыкновенному, присущему сплошной подложке.

Необычное уширение основного пика эпитаксиального слоя, выращенного непосредственно на пористой подложку, не может быть объяснено с позиций наличия мелких акцепторных уровней, связанных с непредусмотренным легированием из газовой фазы продуктами электрохимического формирования подслоя, так как вещества, образующиеся при этом, физически не являются акцепторами. Скорее всего, данный факт объясняется наличием мелких подуровней в подложке, обусловленных порами. Косвенным признаком, подтверждающим данное утверждение, служит то, что при увеличении толщины слоя до 3—4 мкм или при росте на буферном слое (толщина слоя, с которого снимается интегральная характеристика фотолюминесценции, составляет примерно 1 -1.5 мкм) в спектрах такого уширения не регистрируется.

Краевая полоса фотолюминесценции слоев, полученных на пористых подложках, всегда расположена в более длинноволновой области спектра, чем для сплошных подложек.

Все данные по характеристикам спектров сведены в табл.1.

Таблица 1.

Сплошная Пористая

Состав твердого Толщина буферног о слоя подложка подложка

раствора ДЕ, мэВ ДЕ, мэВ

Ьу,эВ Ьу, эВ

Сао,251по 75Aso.57Po.23/InP — 0.999 23 0.992 23

0.5 0.999 18.2 0.996 16.6

1.2 1.001 18.9 0.998 18.2

бао., 51п0 g5Aso.32Po.68/InP — 1.173 19.6 1.17 22.5

0.5 1.17 23.5 1.164 21.6

1.2 1.17 20.5 1.168 19.7

Исследования кривых дифракционного отражения показали, что слои на пористом материале обладают более совершенной кристаллической структурой. Величины рассогласований для данных образцов меньше, пики соответствующие эпитаксиальному слою имеют меньшую полуширину.

Рассогласование параметров решетки эпитаксиального слоя на пористом материале и сплошном отличается примерно на 50%, это говорит о том, что даже при очень хорошем качестве слоя применение пористых материалов позволяет дополнительно повысить качество получаемых слоев за счет рассеяния напряжений в объеме демпфирующего слоя. Что позволит повысить, например диапазон температур использования прибора.

На образце, выращенном на пористой подложке, видно, что также присутствуют пики отвечающие плоскостям, ограничивающим каналы пор. Ограниченный набор таких пиков говорит о том, что существует преимущественное направление плоскостей огранки пор.

Полуширина КДО подложки всегда была меньше, чем у слоя, причем с увеличением полуширины КДО слоя росла аналогичная величина для подложки. Это связано с тем, что ухудшение структуры слоя приводит к появлению в нем дополнительных напряжений, воздействующих на подложку. При малой толщине полученных слоев возрастание полуширин их КДО не приводило к увеличению полуширины КДО подложки. Проведенные исследования КДО различных образцов показали, что при пересыщении жидкой фазы менее оптимального значения имеет место подтравливание подложки с образованием переходных слоев, имеющих параметр решетки, больший, чем подложка. При увеличении величины начального пересыщения полуширина КДО уменьшалась и, следовательно, повышалось кристаллическое совершенство эпитаксиальных слоев, что, вероятно, явилось следствием уменьшения скорости растворения подложки и повышения ее устойчивости по отношению к жидкой фазе.

На основе структур эпитаксиального фосфида индия были изготовлены перспективные диоды Шоттки.

Приборная структура содержала два слоя: 1 - буферный (толщина 1 мкм, п = 2><10'7 см'3), 2 - активный (толщина 1.5-2 мкм, п = 1-3*1016 см'3). Выращивание производилось на подложках с п = 1-2* 1018 см"3.

Предварительно обезжиренные структуры утонынались со стороны подложки до суммарной толщины 300 мкм. С помощью фотолитографии на всей плоскости структуры формировались окна для последующей металлизации. Титановой металлизацией изготовлялись прямые мезаструктуры с рабочей площадью 1,8х 10"6 см2. Для снижения контактного сопротивления напыленный металл золотился. Омические контакты формировались вакуумным напылением на основе золото - германиевой эвтектики. Далее пластина со сформированными элементами раскалывалась на отдельные приборы.

Значения плотности дислокаций составили 5х102-103 и 5х104-105 см"3 ,а подвижность носителей зарядов - 4000 и 3000 см^'с"1 для пористой и сплошной подложек соответственно.

Таблица 2. Параметры диодных структур с барьером Шоттки.

Тип структуры ФБ,В 1обр, нА (при У=10В) УПр,В

п+++-п++-п-ТьАи сплошная подложка 0.55 6 20

+++ ++ гг- А п -п -п-п-Аи пористая подожка 0.54 0.3 27

Диоды с барьером Шоттки имеют минимальные значения величин обратных токов во всем диапазоне измеряемых напряжений вплоть до напряжения лавинного пробоя УПр.

На Рис.1, представлена прямая ветвь вольтамперной характеристики диодных структур с барьером Шоттки. Видно, что прямые ветви ВАХ обеих диодных структур имеют протяженные участки, описывающиеся уравнением:

(еУ ^

/ = ехр--1

\пкТ

где /5 - ток насыщения, п - фактор идеальности, е - заряд электрона, V - приложенное прямое напряжение, к - постоянная Больцмана, Т- температура.

1Е-3

1Е-4

1Е-5

<

1Е-6

1Е-7

1Е-8

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4

V, В

Рис.1. Прямая ветвь вольтамгтерной характеристики диодных структур с барьером Шоттки на основе эпитаксиальных слоев 1пР, выращенных на «жесткой» (1) и пористой (2) подложках 1пР.

Однако, структура, выращенная на пористой подложке, отличается отсутствием на начальном участке ВАХ диапазона не описываемым экспоненциальной зависимостью. Что говорит о более широком диапазоне рабочих напряжений и лучших частотных свойствах. Таким образом, применение пористых подложек позволяет создавать структурно совершенные активные слои 1пР, что может быть использовано для изготовления СВЧ диодов повышенного качества.

Основные результаты и выводы, полученные в ходе выполнения диссертационной работы:

• Исследованы физические свойства пористых подложек;

• Определены технологические особенности процессов ЖФЭ на пористых подложках;

• Различие в составах твердых растворов, получаемых в одинаковых технологических условиях на подложках с различной кристаллографической ориентацией объяснено на основе представлений о межфазной поверхностной энергии границы раздела жидкое-твердое. Предложен метод учета ориентационных эффектов при моделировании кристаллизационных процессов получения твердых растворов методом ЖФЭ.

• Проведен расчет фазовых равновесий в системе GalnAsP и определены оптимальные условия кристаллизации в процессе ЖФЭ;

• На основе полученных гомоэпитаксиальных структур на пористой подложке созданы перспективные диоды Шоттки миллиметрового диапазона.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. И.А.Сысоев, М.В.Шишков. Моделирование процессов роста проводниковых материалов на аморфных текстурированных подложках. Новые методы теоретических и экспериментальных исследований материалов, приборов и технологий: Сб. науч. тр. /Волгодонский ин-т. ЮРГТУ. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001. - С. 2730.

2. Ратушный В.И., Мышкин A.JI., Олива Э.В., Шишков М.В. Разработка технологических режимов процесса ЗПГТ для получения слоев многокомпонентных твердых растворов соединений А3В5. Новые методы теоретических и экспериментальных исследований материалов, приборов и технологий: Сб. науч. тр. /Волгодонский ин-т ЮРГТУ. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001. - С. 76-79.

3. Lunin L., Ratyshny V., Е. Oliva, Shishkov М., Kataev V. Penternary Solid Solutions of A3B5 Compounds - New Materials for Solid-State Electronics. The Thirteenth International Conference on Crystal Growth in Conjunction with the Eleventh International Conference on Vapor Growth and Epitaxy ICCG-13/ICVGE-ll 30 July-4 August 2001 Doshisha University, Kyoto, Japan, 02a-K31-16.

4. Kuznetsov V.V., Lunin L.S., Ratyshny V.I., Oliva E.V., Shishkov M.V. The influence of crystallographic substrate upon the composition of epitaxial layer of GalnP. 6-th International Conference on Intermolecular Interactions In Matter IIM6: Abstracts 10-13 Sept.2001, Gdansk, 2001.-P.7.

5. N.S. Boltovets, V.N. Ivanov, A.E. Belyev, R.V. Konakova, V.V. Milenin,

D.I.Voitsikhovski, I.N.Arsenfev, A.V.Bobyl, S.G.Konnikov, P.S.Kop ev, M.E.Levinshtein, M.V.Shishkov, R.A.Suris, I.S.Tarasov. 150 GHz microwave Si - IMP ATT, GaAs - Gunn and InP Shottky diodes on the base of nanoscale structures. Nanotechnology in the area of physics, chemistry and biotechnology. Proceedings of Fifth ISTC Seminar. St. Petersburg, May 2002 p. 359-367.

6. Ратушный В.И., Олива Э.В., Шишков M.B., Уелин B.B, Левченко Е.Г. Жидкофазная эпитаксия твердых растворов GalnAsSbP на подложках InAs и InP. Изв. ВУЗов. Сев.-Кавк. регион. Техн. Науки. - 2002,- С. 99102.

7. Кузнецов В.В., Арсентьев И.Н., Ратушный В.И., Шишков М.В. Эпитаксия твердых растворов на подложках с наноразмерными порами. VIII всероссийское совещание по высокотемпературной химии силикатов и оксидов. Санкт - Петербург, Ноябрь 2002, тезисы докладов, с. 193.

8. V.V. Kuznetsov, L.S. Lunin, I.N. Arsentjev, V.l. Ratyshny, E.V. Oliva, M.V. Shishkov. The influence of substrate ccrystallographic orientation on composition of solid solution by liquid heteroepytaxy. Molecular physics reports.- 2002.-v.36. - P.64-67.

9. Ратушный В.И., Шишков M.B., Уелин B.B. Учет свободной поверхностной энергии при расчете диаграммы состояния многокомпонентных твердых растворов А3В5 полученных методом эпитаксии из жидкой фазы на подложке фосфида индия (111). Изв. ВУЗов. Сев. - Кавк. регион, техн. науки. - 2003. - № 2. - С. 94-97.

10. Арсентьев И.Н., Лунин Л.С., Вавилова Л.С., Ратушный В.И., Шишков М.В. СВЧ диоды с барьером Шоттки на нанопористых подложках. Изв. ВУЗов. Сев. - Кавк. регион, техн. науки. - 2003. -№ 2. - С.97-99.

11. Э.П. Домашевская, В.А. Терехов, В.М. Кашкаров, С.Ю. Турищев, С.Л. Молодцов, Д.В. Вялых, Д.А. Винокуров, В.П. Улин, С.Г. Конников, М.В. Шишков, И.Н. Арсентьев, И.С. Тарасов, Ж.И. Алфёров. Синхротронные исследования электронно-энергетического спектра в наноструктурах типа А3В5, ФТП, 2003, т.37, №8, с. 1017-1022.

12. Лунин Л.С., Арсентьев И.Н., Ратушный В.И., Шишков М.В. Жидкофазная эпитаксия на подложках пористого фосфида индия Изв. ВУЗов. Сев. - Кавк. регион, техн. науки. - 2003. - № 4. - С.75-79.

13. Арсентьев И.Н., Бобыль AB., Лунин Л.С., Ратушный В.И., Шишков М.В. СВЧ диоды Шоттки на основе автоэпитаксиальных слоев фосфида индия. Изв. ВУЗов. Сев. - Кавк. регион, техн. науки. - 2003. -Спецвыпуск. - С.34-36.

14. Кузнецов В.В., Лунин Л.С., Ратушный В.И., Олива Э.В., Шишков М.В. Влияние кристаллографической ориентации подложки GaAs на состав слоев Gajni ХР.// Изв. РАН, Неорганические материалы. - 2004. - т.40 -№4.-С.391-394.

Литература.

1 Алферов Ж. И. // ФТП. 1998. т. 32. №1 с. 3-18

2 VLSI Electronics: Microstructure Science. Eds. Einspruch N.G., Wisselman W.R. v. 11. (GaAs Microelectronics), Academic Press. Orlando - San Diego - New York - London - Toronto - Sydney - Tokyo. 1995.

3 Венгер Е.Ф, Конакова P.B., Коротченков Г.С., Миленин В.В., Руссу Э.В., Прокопенко И.В. Межфазное взаимодействие и механизмы деградации в структурах металл - InP и металл - GaAs. Киев, ИФП Н АНУ, 1999,233с.

4 Bobyl A.V, Gaevskii М.Е., Karmanenko S.F, Kutt R.N, Suris R.A, Khrebtov I.A, Tkachenko A.D,Morosov АЛЛ J Appl. Phys. 1997. V.82. p.1274.

5 Бобыль A.B., Варенко Г.Д, Евдокимов С.А, Евстигнеев А.М, Конакова Р.В, Юсов Ю.П. Оптические методы диагностики полупроводниковых структур на основе соединений АЗВ5. Обзоры по электронной технике. М.:ЦНИИ «Электроника». Серия 8.В.1(1572) 1990, с.64.

6 J. du Plessis, G. N. van Wyk, A model for surface segregation in multicomponent alloys—part I: Equilibrium segregation// J. Phys. Chem. Solids-1988,v.49, p.1441-1450.

7 J. du Plessis, G. N. van Wyk, A model for surface segregation in multicomponent alloys—part II: Comment on other segregation analyses// J. Phys. Chem. Solids-1988,v.49, p.1451-1458.

8 A. I. Rusanov, Phase Equilibria and Surface Phenomena, Leningrad, Khimiya, 1967 (in Russian).

РНБ Русский фонд

2006-4 137

Подписано к печати 27.04.04. Формат 60x90 1/16 (А5). Гарнитура "Тайме". Усл. п.л. 1,0. Тираж 100. Заказ 479.

Типография Южно- Российского государственного технического"- ч университета (Новочеркасского политехнического'инСпйу^а)^ 346428, г. Новочеркасск Ростовской обл., ул. Просвещения, 13| *

V 1Н

13 ШС|| Ж

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Пористая подложка как метод снижения напряжений в гетероструктуре.

1.2. Пористые подложки полупроводниковых материалов.

1.3. Методы получения эпитаксиальных слоев соединений АЗВ5.

1.4. Моделирование процессов получения слоев.

1.4.1. Расчет основных параметров твердых растворов.

1.4.2. Ограничения на получение твердых растворов.

1.4.3. Фазовые равновесия в многокомпонентных системах.

1.4.4. Влияние кристаллографической ориентации подложки на состав эпитаксиальных слоев.

1.5. Постановка задачи исследования.

1.6. Выводы.

ГЛАВА 2. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И ДИАГРАММ

СОСТОЯНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ГЕТЕРОСИСТЕМ АЗВ5.

2.1. Определение основных электрофизических параметров многокомпонентных твердых растворов GalnAsP в зависимости от состава.

2.2. Расчет когерентной фазовой диаграммы для псевдоморфного четверного твердого раствора GalnAsP с учетом ориентационного влияния подложки.

2.2.1. Равновесная фазовая диаграмма.

2.2.2. Когерентная фазовая диаграмма.

2.2.3. Фазовая диаграмма с учетом ориентационного влияния подложки.

2.3. Выводы.

ГЛАВА 3. ПОЛУЧЕНИЕ МЕТОДОМ ЖФЭ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ.

3.1. Аппаратурное оформление процессов ЖФЭ.

3.2. Подготовка исходных материалов.

3.3. Методические особенности процессов ЖФЭ.

3.4. Выращивание эпитаксиальных слоев фосфида индия и твердых растворов GalnAsP.

3.5. Особенности кристаллизации эпитаксиальных слоев на подложках пористого фосфида индия.

3.6. Выводы.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ И

ПРИБОРНЫХ СТРУКТУР НА ИХ ОСНОВЕ.

4.1. Методики исследования полученных эпитаксиальных слоев и гетероструктур.

4.2. Свойства пористого фосфида индия.

4.3. Свойства эпитаксиального слоя фосфида индия.

4.4. Свойства гетероструктур GalnAsP/InP.

4.5. Свойства диодов Шоттки на основе фосфида индия.

4.6. Выводы.

Актуальность темы. Использование тонкопленочных гомо- и гетероэпитаксиальных структур на основе соединений АЗВ5 в электронных приборах различных типов предъявляет повышенные требования к их структурному совершенству и стабильности [1,2,3].

Такие требования наиболее существенны для материалов? используемых при создании СВЧ диодов с барьером Шоттки, диодов Ганна и полевых транзисторов, что выдвигает в число фундаментальных проблем разработку новых методов получения эпитаксиальных структур и приборов на их основе.

Одним из методов является эпитаксиальное выращивание на «мягких» пористых подложках полупроводников АЗВ5. Наличие пористого подслоя позволяет существенно снизить внутренние механические напряжения в получаемых структурах, обусловленные несоответствием параметров решетки и коэффициентов термического расширения, и повысить качество получаемых слоев.

Использование многокомпонентных твердых растворов на подобных подложках позволит получить приборы с более высокими характеристиками по сравнению с традиционными приборами. Использование четырехкомпонентных твердых растворов, позволит создавать гетер о структуры со свойствами более полно отвечающим необходимым требованиям. Наличие двух степеней свободы позволяет задавать такие параметры как параметр решетки, ширину запрещенной зоны, коэффициент температурного расширения [4], зонная структура [5].

Таким образом, диссертационная работа, посвященная разработке технологии выращивания на пористых подложках фосфида индия, а также получения гетероструктур на основе четверных твердых растворов для СВЧ техники, является актуальной как с научной, так и с практической точки зрения.

Целью настоящей работы являлось определение оптимальных технологических режимов эпитаксии на пористых подложках фосфида индия, а также получения и исследование особенностей кристаллизации твердых растворов GalnAsP изопериодных фосфиду индия.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

• Исследование структурных свойств пористых подложек;

• Определение технологических особенностей процессов жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) на пористых подложках;

• Учет свободной межфазной энергии при моделировании фазовых равновесий;

• Расчет фазовых равновесий в системах GalnAsP и определение условий кристаллизации в процессе ЖФЭ.

Научная новизна полученных в работе результатов состоит в следующем:

• Впервые комплексно определены условия технологических процессов роста слоев InP, GalnAsP на пористых подложках фосфида индия;

• На основе представлений о межфазной энергии границы раздела жидкость - твердая фаза представлена теоретическая модель расчета фазовых равновесий, учитывающая влияние кристаллографической ориентации подложки на состав многокомпонентного твердого раствора на основе InP.

• Рассчитаны режимы роста и получены качественные слои GalnAsP изопериодные подложкам InP на пористом материале;

Проведен сравнительный анализ электрофизических и структурных свойств слоев InP, GalnAsP выращенных на монокристаллических и пористых подложках фосфида индия; N

Основные научные положения, выносимые на защиту.

• При процессах жидкофазного выращивания на подложках пористого фосфида индия для освобождения пористого подслоя от продуктов электрохимического процесса формирования пор обязательной является дополнительная операция низкотемпературного отжига при Т=250-300°С;

• Для получения качественных слоев многокомпонентных твердых растворов на подложках пористого фосфида индия необходимо выращивать буферный слой эпитаксиального фосфида индия толщиной 0.5 мкм для исключения влияния модифицированной поверхности подложки;

• Оптимальная величина переохлаждения при выращивании твердых растворов GalnAsP на подложках пористого фосфида индия составляет 10-12 К.

• Применение пористых подложек фосфида индия уменьшает рассогласование гетероструктуры GalnAsP/InP (при толщине буферного слоя 0.5 мкм) в 2 раза при рассогласовании в диапазоне

Дд±

0<

0.005;

Значения обратных токов СВЧ диодов Шоттки, изготовленных на основе гомоструктур фосфида индия, выращенных на пористых подложках, меньше чем у диодов, выполненных на традиционных структурах, в 20 раз;

На пористой: 1ОбР=0.3нА при V=10B;

На монокристаллической: I0gp=6 нА;

Практическая ценность результатов работы.

• Определены режимы технологического процесса жидкофазной эпитаксии многокомпонентных твердых растворов на пористых подложках фосфида индия: условия низкотемпературного отжига, подобрана толщина буферного слоя, необходимые значения переохлаждения жидкой фазы;

• Предложена модель фазовых равновесий, учитывающая кристаллографическую ориентацию подложки;

• Получены гомоструктуры InP и на их основе созданы СВЧ диоды Шотгки со следующими характеристиками:

На пористой: 1обр=0.3нА, Vnpo6=27B;

На монокристаллической: 1обр=6нА, Упроб=20В;

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на семинарах и конференциях кафедры микроэлектроники ВИ(ф) ЮРГТУ (НПИ), The Thirteenth International Conference on Crystal Growth in Conjunction with the Eleventh International Conference on Vapor Growth and Epitaxy ICCG-13/ICVGE-ll (Kyoto, Japan, 2001), 6-th International Conference on Intermolecular Interaction in Matter IIM6 (Gdansk, Poland, 2001), Fifth ISTC Seminar (St. Petersburg, 2002), VIII всероссийское совещание по высокотемпературной химии силикатов и оксидов (Санкт - Петербург, 2002).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 14 печатных работ, в которых изложены основные положения диссертации. Основные результаты получены автором самостоятельно.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка используемой литературы, содержит 143 страницы машинописного текста, 34 иллюстрации, 9 таблиц. Библиография включает 77 названий.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. И.А.Сысоев, М.В.Шишков. Моделирование процессов роста проводниковых материалов на аморфных текстурированных подложках. Новые методы теоретических и экспериментальных исследований материалов, приборов и технологий: //Сб. науч. тр. Волгодонский ин-т. ЮРГТУ. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001. - С. 27-30.

2. Ратушный В.И., Мышкин A.JL, Олива Э.В., Шишков М.В. Разработка технологических режимов процесса ЗПГТ для получения слоев многокомпонентных твердых растворов соединений А3В5. Новые методы теоретических и экспериментальных исследований материалов, приборов и технологий: //Сб. науч. тр. Волгодонский ин-т ЮРГТУ. -Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001. - С. 76-79.

3. Lunin L., Ratyshny V., Е. Oliva, Shishkov М., Kataev V. Pentemary Solid Solutions of A3B5 Compounds - New Materials for Solid-State Electronics. The Thirteenth International Conference on Crystal Growth in Conjunction with the Eleventh International Conference on Vapor Growth and Epitaxy ICCG-13/ICVGE-11 30 July-4 August 2001 Doshisha University, Kyoto, Japan, 02a-K31-16.

4. Kuznetsov V.V., Lunin L.S., Ratyshny V.I., Oliva E.V., Shishkov M.V. The influence of crystallographic substrate upon the composition of epitaxial layer of GalnP. 6-th International Conference on Intermolecular Interactions In Matter IIM6: Abstracts 10-13 Sept.2001, Gdansk, 2001.-P.7.

5. N.S.Boltovets, V.N.Ivanov, A.E.Belyev, R.V.Konakova, V.V.Milenin, D.I.Voitsikhovski, I.N.Arsenfev, A.V.Bobyl, S.G.Konnikov, P.S.Kop'ev, M.E.Levinshtein, M.V.Shishkov, R.A.Suris, I.S.Tarasov. 150 GHz microwave Si - IMP ATT, GaAs - Gunn and InP Shottky diodes on the base of nanoscale structures. Nanotechnology in the area of physics, chemistry and biotechnology. Fifth ISTC Seminar. St. Petersburg, May 2002 p. 359-367.

6. Ратушный В.И., Олива Э.В., Шишков М.В., Уелин В.В, Левченко Е.Г. Жидкофазная эпитаксия твердых растворов GalnAsSbP на подложках InAs и InP.// Изв. ВУЗов. Сев.-Кавк. регион. Техн. Науки. - 2002.- С. 99102.

7. Кузнецов В.В., Арсентьев И.Н., Ратушный В.И., Шишков М.В. Эпитаксия твердых растворов на подложках с наноразмерными порами. VIII всероссийское совещание по высокотемпературной химии силикатов и оксидов. Санкт - Петербург, Ноябрь 2002, тезисы докладов, с.193.

8. V.V. Kuznetsov, L.S. Lunin, I.N. Arsentjev, V.I. Ratyshny, E.V. Oliva, M.V. Shishkov. The influence of substrate ccrystallographic orientation on composition of solid solution by liquid heteroepytaxy.// Molecular physics reports.- 2002.-v.36. - P.64-67.

9. Ратушный В.И., Шишков M.B., Уелин В.В. Учет свободной поверхностной энергии при расчете диаграммы состояния многокомпонентных твердых растворов А В полученных методом эпитаксии из жидкой фазы на подложке фосфида индия (111).// Изв. ВУЗов. Сев. - Кавк. регион, техн. науки. - 2003. - № 2. - С. 94-97.

10. Арсентьев И.Н., Лунин Л.С., Вавилова Л.С., Ратушный В.И., Шишков М.В. СВЧ диоды с барьером Шотки на напористых подложках.// Изв. ВУЗов. Сев. - Кавк. регион, техн. науки. - 2003. - № 2. - С.97-99.

11. Э.П. Домашевская, В.А. Терехов, В.М. Кашкаров, С.Ю. Турищев, С.Л. Молодцов, Д.В. Вялых, Д.А. Винокуров, В.П. Улин, С.Г. Конников, М.В. Шишков, И.Н. Арсентьев, И.С. Тарасов, Ж.И. Алфёров. Синхротронные исследования электронно-энергетического спектра в наноструктурах типа А3В5.// ФТП, 2003, т.37, №8, с. 1017-1022.

12. Лунин Л.С., Арсентьев И.Н., Ратушный В.И., Шишков М.В. Жидкофазная эпитаксия на подложках пористого фосфида индия.// Изв. ВУЗов. Сев. - Кавк. регион, техн. науки. - 2003. - № 4. - С.75-79.

13. Арсентьев И.Н., Бобыль А.В., Лунин Л.С., Ратушный В.И., Шишков М.В. СВЧ диоды Шоттки на основе автоэпитаксиальных слоев фосфида индия.// Изв. ВУЗов. Сев. - Кавк. регион, техн. науки. - 2003. -Спецвыпуск. - С.34-36.

14. Кузнецов В.В., Лунин Л.С., Ратушный В.И., Олива Э.В., Шишков М.В. Влияние кристаллографической ориентации подложки GaAs на состав слоев GaxIni-xP.// Изв. РАН, Неорганические материалы. - 2004. - т.40 -№4. - С.391-394.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В работе были решены следующие задачи:

1. Исследованы фотолюминесцентные и структурные свойства пористых подложек;

2. Определены технологические особенности процессов ЖФЭ на пористых подложках;

3. Различие в составах твердых растворов, получаемых в одинаковых технологических условиях на подложках с различной кристаллографической ориентацией объяснено на основе представлений о межфазной поверхностной энергии границы раздела жидкость - твердое состояние. Предложен метод учета ориентации подложки при моделировании кристаллизационных процессов получения твердых растворов методом ЖФЭ.

4. Проведен расчет фазовых равновесий в системе GalnAsP и определены условия кристаллизации в процессе ЖФЭ;

5. На основе полученных гомоэпитаксиальных структур на пористой подложке созданы перспективные диоды Шоттки миллиметрового диапазона.

В заключении я хочу выразить благодарность за руководство и поддержку при проведении работы моим научным руководителям Леониду Сергеевичу Лунину и Арсентьеву Ивану Никитовичу. Я также глубоко благодарен Илье Сергеевичу Тарасову за всестороннюю помощь и внимание, проявленное к работе; В.В. Кузнецову за полезные консультации.

1. И. История и будущее полупроводниковых гетероструктур. // ФТП. 1998. т. 32. №1 с. 3-18

2. VLSI Electronics: Microstructure Science. Eds. Einspruch N.G., Wisselman W.R. v.l 1. (GaAs Microelectronics), Academic Press. Orlando San Diego - New York - London - Toronto - Sydney - Tokyo. 1995.

3. H.Fujikura, A.Liu, A. Hamamatsu, T.Sato, H.Hasegawa Electrochemical Formation of Nanometer-Sized Straight Pore Arrays on (001) InP Surfaces //Jp. J. Appl. Phys. 2000. V.39. P.4616.

4. Лозовский B.H., Лунин Л.С. Пятикомпонентные твердые растворы соединений AIIIBV (Новые материалы оптоэлектроники). Ростов н/Д: Издательство Ростовского университета, 1992, 193 с.

5. Shim К., Rabitz Н. Electronic and structural properties of the pentanary alloys Gaxln 1 -xPy Sbz As 1 -y-z// J. of Appl. Phys. V. 85 (1999), P. 7705-7715.

6. A.Uhler// Bell Syst. Tech. J.-1956, v.35, p.333.

7. А.И.Белогорохов, В.А.Караванский, А.Н.Образцев, В.Ю.Тимошенко// Письма в ЖТФ-1994, №60, с.274.

8. P.Shmuki, L.E.Erikson, D.J.Lockwood, B.F.Mason, J.W.Fraser, G.Champion, H.J.Lable. Predefined Initiation of Porous GaAs Using Focused Ion Beam Surface Sensitization//! Electrochem. Soc. -1999,v.l46, p.735.

9. P.Schmuki, L.Santinacci, T.Djenzian and D.J.Lockwood. Pore formation on n-InP. Phys. Stat. Sol (a), 2000,v.l82, №51, p. 51-61.

10. Гуляев Ю.В., Дворянкина Г.Г., Дворянкин В.Ф. Молекулярно-лучевая эпитакеия перспективный метод получения интегрально-оптических устройств // Квантовая электроника. - 1989. - т. 7, № 1. - С. 5.

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

12. Херман M. Полупроводниковые сверхрешетки: Пер. с англ.- М.: Мир, 1989.- 240 с.

13. Уфимцев В.Б., Акчурин Р.Х. Физико-химические основы жидкофазной эпитаксии.- М.: Металлургия, 1983. 224 с.

14. Лозовский В.Н., Лунин Л.С., Попов В.П. Зонная перекристаллизация градиентом температуры полупроводниковых материалов. М: Металлургия, 1987, 232 с.

15. Кузнецов В.В., Москвин П.П., Сорокин B.C. Неравновесные явления при жидкостной гетероэпитаксии полупроводниковых твердых растворов. М.: Металлургия, 1991, 175 с.

16. Горюнова Н.А. Сложные алмазоподобные полупроводники.- М.: Сов. радио, 1988, 266 с

17. Chang К.Н., Gibala R., Srolovitz D.J. Crosshatched surface morphology in strained III-V semiconductor films // J. Appl. Phys. 67 (1990), P. 4093-4098.

18. Вигдорович B.H., Селин A.A., Ханин B.A. Анализ зависимости свойств от состава для пятикомпонентных твердых растворов // Изв. АН СССР. Неорган, материалы. 1982.- т. 18, № 10. - С. 1697-1699.

19. Кого О., Kazno N., Jotaro М. Experiments and calculation of the AlGaSb ternary phase diagram // J. Electrochem Soc. 1979. - v.126, № 11., P. 1992-1997.

20. Stringfellow G.B. //J. of Electronic Materials. 1981. - v. 10, № 5, P. 919-936

21. N.A.Bert, A.T.Gorelenok, A.G.Dzigasov, S.G.Konnikov, T.B.Popova, V.K.Tiblov. "Epitaxial growth of InGaAsP solid solutions lattice-matchcd to InP". J.Cryst.Growth, 1981, v.52, p.716.

22. Пригожин И., Дефей P. Химическая термодинамика. Новосибирск: Наука, 1966, 509 с.

23. Stringfellow G.B. Immiscibility and spinodal decomposition in III/V alloys.// J. of Crystal Growth. 1983. - v. 65, N 1. - P. 454 - 462

24. S.Mahajan, B.V.Dutt, H.Temkin, R.J.Cava, W.A.Bonner. "Spinodal decomposition in InGaAsP epitaxial layers". J.Ciyst.Growth, 1984, v.68, p.589.

25. Guggenheim E.A. Thermodynamics, North-Holland, 3-th ed. Amsterdam. -1957.-P. 250.

26. Jordan A.S. // J. Electrochem. Soc. 1972. - v. 119, № 1. - P. 123-126.

27. Казаков А.И., Мокрицкий B.A., Романенко B.H., Хитова JI. Расчет фазовых равновесий в многокомпонентных системах. М.: Металлургия, 1987, 136 с.

28. Паниш М.Б., Илегемс М. Фазовые равновесия в тройных системах III-V. -Материалы для оптоэлектроники. М.: Мир, 1976, с. 39.

29. Кузнецов В.В., Сорокин B.C. // Изв. АН СССР. Сер. Неорг. Материалы. -1980.-т. 16, № 12.-С. 2085-2089.

30. Jordan A.S., Ilegems М. Solid-liquid equilibria for quaternary solid solutions // J. Phys. Chem. Solids. 1975. - v. 36, № 4. - P. 329-342.

31. Onabe K. Thermodynamics of type Ai.xBxCi.yDy III-V quaternary solid solution//J. Phys. Chem. Solids 1982. - v.43, № 11.-P. 1071-1086.

32. Павлова JI.H., Овчинникова H.A. Поярков Н.Б. В. кн. Диаграммы состояния металлических систем. - М.: Наука, 1981, С. 149 - 154.

33. Stringfellow G.B. Calculation of ternary and quaternary III-V phase diagrams // J. of Crystal Growth. 1974. - v. 27. - P. 21-34.

34. Глазов B.M., Павлова П.М. Химическая термодинамика и фазовые равновесия. М.: Металлургия, 1981, с.78.

35. Селин А.А., Ханин В.А., Вигдорович В.Н. Термодинамический расчет фазовых равновесий для многокомпонентных твердых растворов с эквиатомным катионно анионным соотношением // Докл. АН СССР. - 1980. -Т. 252, №2.-С. 406-410.

36. Vieland L.J. //Acta Met. 1963. - V. 11. - P. 1377

37. Jordan A.S., Ilegems M. Solid liquid equilibria for quaternary solid solutions involving compound semiconductors in the regular solutions approximation // J. Phys. Chem. Solids. - 1975. - v. 36, № 4. - P. 329-342.

38. Математические проблемы фазовых равновесий. М., «Наука», 1983, 143с.

39. Ф.П. Васильев. Численные методы решения экстремальных задач. М., «Наука», 1988, 549с.

40. Pearsall Т.Р, Quillec М., Polack М.А. // Appl. Phys. Lett. 1979. - v. 35, № 4.- P. 342-344.

41. Sankaran R., Antypas G.A., Moon R.L. e.a. // J. Vac. Sci. and Technol. 1976. -v. 13, №4. - P. 932-937.

42. Pearsall T.P., Bisaro R., Ansel R., Merenda P. The growth of GaJn^xAs on (100) InP by liquid-phase epitaxy.// Appl. Phys. Lett. 1978.- v. 32, №8. P. 497 - 499.

43. Antypas G.A., Houng Y.M., Hyder S.B. The incorporation of Ga during LPE growth of InO.53GaO.47As on (lll)B and (100) InP substrates // Appl. Phys. Lett.- 1978. v. 33, №5. - P. 463 - 465.

44. Hsieh J.J. Phase diagram for LPE growth of GalnAsP layers lattice matched to InP substrates // IEEE J. Quant. Electronics. 1981. - v. QE-17, N2. - P. 118-122.

45. Longo J.T., Harris J.S., Gertner E.R., Chu J.C. Improved surface quality of solution grown GaAs and Pbl-xSnxTe epitaxial layers: A new technique // J. Cryst. Growth. 1972. - v. 15, № 2. - P. 107-116.

46. Perea E.H., Fonstad C.G. Phase diagram calculations for InuGaiuPvAs.v lattice matched to (111-B) InP, in the temperature range 600-660 °C // J. Appl. Phys. -1980. v. 51, № 1. - P. 331-335.

47. Стрельченко C.C., Лебедев В.В. Соединения А3В5: Справочник. М.: Металлургия, 1984. - 144 с

48. Vurgaftman, J. R. Meyer, L. R. Ram-Mohan. Band parameters for III-V compound semiconductors and their alloys // J. of Appl. Phys. 2001. - v. 89, №11. - P. 5815-5875.

49. Болховитянов Ю.Б., Чикичев С.И. Устойчивость неравновесной границы раздела кристалл-расплав перед жидкофазной гетероэпитаксией соединений АЗВ5. Новосибирск, 1982, с. 5.

50. Селин А.А., Ханин В.А. Метод расчета составов равновесных жидких и твердых фаз многокомпонентных полупроводниковых систем // Физ. химия. -1979. т.53, № 11. - С. 2734.

51. М. Ilegems, М.В. Panish. Phase equilibrium in III-V quaternary system -application to AlGaPAs // J. Chem. Solids. 1974. - v.35. - P. 409.

52. Кузнецов B.B., Садовски В., Сорокин B.C. // ЖФХ. 1985. - т. 59, № 2. -С. 322-328.

53. Ishikawa М., Ito R. Substrate induced stabilization of GalnPAs on GaAs and InP //Jap. J. Appl. Phys. 1984. - v. 22. - P. 21 - 22.

54. Концевой Ю.А., Литвинов Ю.М., Фаттахов З.А. Пластичность и прочность полупроводниковых материалов и структур. М.: Радио и связь, 1982. - 240 с.

55. J. du Plessis, G. N. van Wyk, A model for surface segregation in multicomponent alloys—part I: Equilibrium segregation// J. Phys. Chem. Solids-1988,v.49, p.1441-1450.

56. J. du Plessis, G. N. van Wyk, A model for surface segregation in multicomponent alloys—part II: Comment on other segregation analyses// J. Phys. Chem. Solids-1988,v.49, p.1451-1458.

57. A. I. Rusanov, Phase Equilibria and Surface Phenomena, Leningrad, Khimiya, 1967 (in Russian).

58. N. Oscherin,//Phys. Stat. Sol (a)-1976,v. 34, K181.

59. R. Tyson//Can. Metal. Quaterly- 1975,v. 14, p.l.

60. O. G. Ashkhotov, M. V. Zdravomyslov,// Poverkhnost 1996, №11, p.15.

61. W.Keck, U.Konig Contact angles between III-V melts and several substrates //J. Electrochem. Soc. 1983. №3. P.685-686

62. U.Konig, W.Keck,A.Kriks Contact angles in the liquid phase epitaxy of InP, GalnAs and GalnAsP //J.Crystal Growth 1984. №68. P.545-549

63. Кулиш У.М., Борликова Г.В. Смачивание сложных полупроводников металлическими расплавами // Адгезия расплавов и пайка материалов, 1989. №22. С.11-13

64. Kuznesov, Moskvin, Sorokin. Growth kinetics in LPE of the Ga-In-P-As system// J.Crystal Growth 1984. №66. P.562-574

65. Абрамов A.B., Арсентьев И.Н., Мишурный B.A., Румянцев В.Д., Третьяков Д.Н. Люминесцентные свойства и некоторые особенности выращивания из растворов-расплавов твердых растворов GaxInixP.// Письма в ЖТФ, 1976, т.2, в.5, с.204-207.

66. Лозовский В.Н., Лунин Л.С. Пятикомпонентные твердые растворы соединении AinBv (Новые материалы оптоэлектроники). Ростов н/Д: Издательство Ростовского университета, 1992, 135 с.

67. А.В.Овчинников. Кандидатская диссертация "Разработка жидкофазнон технологии изготовления InGaAsP/InP (А,=1.3 мкм) лазерных структур (для ВОЛС) со сверхтонкими активными областями". Ленинград, ФТИ им.А.Ф.Иоффе, 1988.

68. S. Langa, I. М. Tiginyanu, J. Carstensen, М. Christophersen, Н. Folia. Formation of Porous Layers with Different Morphologies during Anodic Etching of n-InP. Electrochem. Solid-State Lett., 3, 11 (2000) p.514-516.

69. E.Kuphal. "Phase diagrams of InGaAsP, InGaAs and InP lattice-matched to (100)InP". J.Cryst.Growth, 1984, v.67, p.441-456.

70. Лебедев А.И., Стрельникова И.А. Юнович А.Э. Исследование фотолюминесценции тройных твердых растворов Ga!.xInxSb.// ФТП, 1977, т.11, №.11, с.2123-2127.

71. Баранский П.И., Клочков В.П., Потыкевич И.В. Полупроводниковая электроника. Справочник. К.: "Наукова думка", 1975, С. 318.

72. S.H.Groves, M.C.Plonko. "Liquid-phase epitaxial growth of InP and InGaAsP alloys". J.Crystal Growth, 1981, v.54, p.81.

73. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М.: Мир. т.1, 1984.

74. S.M.Sze, G.Gibbons //Appl. Phys. Lett. 1966. V.8. P.l 11.