Молекулярно-лучевая эпитаксия Ga As и гетероструктур GaAs/AlGaAs для приборов микроэлектроники тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

■и п<< чп--

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ

На правах ругаписи

Медведев Борис Константинович

Шлекулярно-лучевая эпитаксия Оа Аз и гетероструктур ОаАз/АЮаАз для приборов микроэлектроники

01. 04. 10. - физика полупроводников и диэлектриков. 05. 27. 01 - твердотельная электрсн;п:а к микроэлектроника

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора физико-математических наук в форме научного доклада

Мэсква - 1992г.

Работа выполнена в Институте радиотехники и электрси.ч;. и НИИ Молекулярной Электроники.

Официальные оплонентьс член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук,

профессор Рижзй В. Гг.

доктор физико-математических наук, профессор Еларцез Ю, Е

доктор физико-математических наук, Штвеев 1С. А.

Ведущая организация - Институт физики полупроводников РАН, г. Нэвосибирск.

Защита состоится "11"_сентября_1992г. в _10 час.

на заседании специализированного совета Д. 002.74.01 в Институте радиотехники и электроники РАН по адресу - Москва.центр,ГСП-3, ул. Мэховая, 11

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИРЭ РАН

Диссертация разослана 1992г.

Ученый секретарь специализованного совета

доктор физико-математических наук

IM.'.J

1Т?С.Л Д83СЗ?ЩйЗ

I. ОБЩАЯ MP АКТ EPIICT ИКА FAEOTU

I. I. Актуальность проблемы

Развитие в последнее время новейших технологий, в особенности молекулярно- лучевой зпитаксии (МЛЭ) и газофазоЕой эпи-такспи из металлоорганических соединений (ГФЭ ИОС), обеспечило возможность формирования нового класса полупроводниковых материалов с принципиально новыми физическим! свойствами.

Ведущее место в этом направлении занимают гетероструктуры (ГС) на основе соединений A3B5/I*/. Гетеропереходы (ГП),квантовые ямы с двумя барьерами ( ДБКС-двухбарьерные квантовые структуры) , сверхрешетки (CP) представляют из себя уникальные, искусственно созданные материалы, в которых реализованы кван-товомеханические системы с пониженной размерностью и сптрокие возможности управления энергетическим спектром носителей за-рядз.

Следует отметить благоприятную ситуацию, сложившуюся в процессе исследований ГС, обусловленную их "технологичностью". Как правило, полученные результаты при изучении фундаментальных физических явлений, практически одновременно находили применение и в прикладных областях, являясь основой нового поколения приборов микро-и оптоэлектроники [2*,3*], обладающих рекордными статическими и динамическими характеристиками.

Одно из замечательных достижений в изучении фундаментальных сеойств ГП- открытие квантового эффекта Холла [4*] -используется как универсальный эталон единицы электрического сопротивления . Другим характерным примером может служить применение двумерного газа (2 ДГ) носителей в качестве канала полевого транзистора (НЕМТ- High Electron Mobility Transistor), поскольку полученные рекордно высокие значения подвижности

Т 2

электронов в 2Д - канале ( л. 10' см /В.с при концентрации 4.10 см ) /5*/, обеспечивают существенное повышение проводи-

мости канала полевого транзистора и, следовательно, улучшение статических, шумовых и частотных характеристик прибора.

Явление интерференции электронных волн в эффекте туннельного резонанса в ДЕКС и CP открыло широкие возможности для создания диодов и транзисторов, имеющих не только высокое быстродействие ( террагерцеЕый частотный диапазон ), но и с принципиально новыми функциональными возможностями при проектировании ИС на основе многоуровневой логики [6*1.

Альтернативная возможность создания квантовых систем с пониженной размерностью заключается в селективном легировании ("б"-легирование) гомогенных структур С7*]. "б"- легированные структуры в последнее время привлекают большой интерес в связи с переходом топологических размеров в субмикронный диапазон в микроэлектронной технологии и в связи с новыми приборными возможностями, обусловленными особенностями в энергетическом спектре носителей.

Однако,практическая реализация селективно-легированных ге-теро- и гомогенных структур, которые являются основой полупроводниковых материалов нового поколения, требует адекватной прецизионной технологии.

Из существующих методов эпитаксиального роста наиболее перспективным для этих целей является молекулярно-лучевая эпи-таксия, позволяюпря создавать пленки толщиной вплоть до мо-нослойных на основе сложных соединений с практически любым профилем легирования и резкими ( протяженностью s.10 А ) гетерогра-ницами [8*3.

Благодаря конструктивным особенностям аппаратурной реализации МЛЭ возможно оперативное и контролируемое изменение технологических режимов с применением современных средств автоматизации.

К числу важных преимуществ ИЛЭ следует отнести и возможность применения " in situ " современных методов контроля и исследования поверхности на основе электронной и ионной спектроскопии. Обширная информация о свойствах эпитаксиальных слоев и механизме роста позволяет осуществлять надежный контроль за параметрами технологического процесса ШБ, что обеспечивает рекордные электрофизические характеристики получаемого материала. .

Таким образом, комплексная задача по разработке технологии ¡.ЦБ и созданию гетеро- и гомогенны:': с •? ле кт ив но-легпроеанных эпитаксиальных структур различных конструкций является чрезвычайно актуально;:, геигерие которой определяет прсгресс г- области фундаментальны}: знаний физики твердого тг^з •.: квантовых систем с потканной размерностью, а также з области знаний, относятся к развитию средств обработки информации на основе микро-п оптоэлектронных приборов пикосекундного диапазона.

I. 2. Научная новизна полученных: в диссертационной

работе результатов заключается в следующем.

1. Изучены физико-химические аспекты МЛЭ и на основании этого разработан кинетический механизм эпитаксиального роста с применением моделирования на основе метода Монте-Карло, позволивший выяснить природу связи между элементарными кинетическими процессами на поверхности растущэго кристалла БаАз и его объемными свойствам!.

2. Проведены исследования корреляции между технологическими режимами (температура подложки, отношение плотностей молекулярных потоков исходных веществ, скорости эпитаксиального роста) и физическими параметрами селективно-легированных гетеро- и гомогенных эпитаксиальных структур на базе разработанного механизма эпитаксиального роста.

3. Проведены систематические исследования вертикальных конструкций ГС для КЕШ1 з"нормально закрытом" и "нормально открытом" вариантах, гетероструктурных полевых транзисторов с изолированным затвором п-и р- типов (комплементарные пары), НЕМТ с "б"-легированным инжектором, диодов на принципе резонансного туннелирование носителей, эталонов электрического сопротивления на основе КЕантового эффекта Холла, модуляторов света на СР, а также полевых транзисторов с "б"- легированным каналом,что позволило существенно повысить характеристики приборов и фрагментов ИС,на их основе.

4. Впервые изготовлены образцы и проведены исследования энергетического спектра носителей в квазидвумерном "б"- легированном слое в условиях возмущения электрическим полем и в условиях "взаимодействующих" "б" -слоев (близкорасположенные "б"-слои). Полученные результаты позволяют тгетэ получить козую информацию о природе механизма траспорта носителей е палевых транзисторах с каналом на основе "б"- легированных слоев.

5. Предложен новый способ согласования кристаллических решеток в гетероструктуре "БаАБ на 31" на основе чередования "низко- и высокотемпературных" слоев 6а Аз в процессе изготовления буферного слоя. Проведенные исследования переходных слоев, главным образом, методом просвечивающей микроскопии, показали эффективность частично аморфиэированных прослоек в механизме гашения дислокаций.

1.3. Практическая ценность диссертационной работы состоит

в том, что в ней впервые в рамках единой научно-технической проблемы рассмотрен процесс ЫЛЭ, как наиболее перспективной технологии селективно-легированных гетеро-и гомогенных структур. Именно этот класс материалов определяет в настоящее время развитие принципиально нового поколения приборов микро-и оптоэлектроники, а также уровень фундоментальных исследований по физике квантовых систем с пониженной размерностью.

На базе разработанной кинетической модели эпитаксиального роста проведены исследования влияния различных факторов и режимов технологических процессов на параметры эпитаксиальных структур целевого назначения, включая гетероструктуры "Оа Аб на 51". В ходе выполнения работы на изготовленных гетеро-и гомогенных селективно-легированных структурах реализованы различные типы дискретных приборов, фрагменты цифровых ИС, эталон сопротивления на основе квантового датчика Холла, что позволило провести более полную их аттестацию.

В процессе исследований электрофизических характеристик двумерных систем получены новые данные об энергетическом спектре и транспортных свойствах носителей, позволившие существенно

- 7 -

улучшить приборные характеристик:!.

Полученные результаты и анализ доведены до практических рекомендаций и используются з НШ2Э,НйЛ "Пульсар", "Сатурн", "Исток", "Салют", "Еолна", П:Т РАК , ИРЭ РАН, псковском Государственном Университете (Физический факультет) , ЕНИИЖ (Госстандарт).

Изготовленные гетероструктуры бь-ли использованы такта в ряде научных организациях АН для фундаментальны:: исследований электрофизических и оптических свойств дзух- и одномерных электронных систем [46-49].

1. 4 Нз загдту выносятся еле дутое::? полегания и результаты

1. Результаты экспериментальных и теоретических исследований кинетики роста кристалла з методе ШЕЭ соединений А В , что позволило впервые разработать механизм доффэктсобразовзния на атомарном уровне и целекоправленно сптн.7.нзирозать технологические параметры процесса синтеза зшпгаксиальных слоев и ГС с высокими электрофизическими характеристиками.

2. Результаты экспериментальных иссле^оЕэний закономерностей в транспорте 2ДЭГ в гетероструктурах и "б"-легированных слоях, что позволило, в частности, получить ковке данные о природе энергетического спектра носителей зо "Езоимодействутстлх" квантовых системах с понигакной размерностью и влиянии внеснего электрического поля на проводимость этих систем.

3. Результаты экспериментальных разработок конструкций ГС для различных дискретных приборов микро-и оптоэлектроники и ИС на основе анализа приборных характеристик и физических параметров исходных ГС.

1.5 Аппробация диссертационной работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на Всесоюзной конференции по современным вопросам информатики , вычислительной техники и автоматизации, Изск^а, апрель, 1988г.; на Всесоюзной конференщш по физическим процесса!,! в полупроводниковых гетероетруктурах, Калита, октябрь, 1990г.; на VII Швдународной конференции! по микроэлектроники и технологии микроэлектроники, Кигпшев, октябрь, 19Э0г.; на Всесоюзной научной конференции, Ташкент, октябрь, 1989г.: на I Всесоюзной конференции по физическим основам твердотельной электроники, Ленинград, апрель, 1989г.; on the Fifth International Conference on Superlettices and Microstructures, Berlin, GDR, August, 1990; на Всесоюзной конференции no ¿uam-ce полупроводников, Киев, октябрь, 1990г.; на Всесоюзном СоЕесдыип по зкситопам в полупроводниках, Вильнюс, 1588г.; on the 18-th USSR-Japan Electronics Symposium, Tokyo,Japan, December, 1991; на отраслевом научно-техническом семенаре по состоянию и развитию ШВ и Ш>гидридной технологии, Рязань, декабрь, 1983г. ; на I Всесоюзной конференции по фотоэлектрическим явлениям, Ташкент, апрель, 1989г.; на IV Всесоюзной конференщш по физическим процессам в полупроводниковых гетероетруктурах, i-шск. 1986.; на I Всесоюзной конференции по физическим и физико-химическим основам микроэлектроники, Еилънвс, 1987г.; на VII Всесоюзной конференции по росту кристаллов, Финляндия. Симпозиум по1 молекулярно-лучевой эпитаксии,Москва ноябрь,1983г.

II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 2.1. Технические аспекты технологии 1ШЭ

В иастояпз?е время ШВ является одним из самых распространенных методов синтеза тонких эпитаксиальннх слоев на основе многокомпонентных соединений с пирокиы спектром физико-химичес-

к:и: свойств.

В отличи:! от газофазной и жидкостной технологий эпи-тзксизльногс карабкания процесс МЛЭ происходит з сЕерх высоком 23кууш и является рззноЕиднсстыо взкуу\хсго напыления, а котором кз. нагретую подложу одновременно поступают молекулярные (или згепарные) потоки исходных веществ, где протекает реакция синтеза монокристалла. Благодаря этой специфике метод НЯЭ обладает рядом. конструктивных и технологических оссбенксстей.

I. Поскольку в методе ЦЯЭ осуществляется непосредственный пэренее молекулярных (атомарных) пучков реагентов на подлс.гку, рестартов: ф-зкторсм, влпяылпм из чистоту зпнтакспальных слсев, является уровень концентрации фоновой принеси з исходна материалах. Уз исходных элементен для синтеза монокристалла ЛлАз и АКазАг, наибольшее содержание фсковых примесей наблюдается у металлического Аз з силу его больной химической активности и .малой температуры возгонки. 3 связи с зтнм в работе были исследованы практически все образцы ОСЧ металлического Аз, изготовленных отечественными предприятиями и организациями. Результаты измерений (отнесение сопротивлений при. и -1,2К ) у Аз

и подзилности электронов з 2Д- канале ГС. изготовленных с использованием зтих образцов Аз, приведены в таблице I С 1,2].

Спыты по исследованию зарубежного металлического Аз (Г?,553559 ат.*) дал;: аналогичные рззудьтзты, что является до-;:о:_-:Ительнкм аргументом пригодности отечественны:! образцов Аз длл 1115.

Ьгескпе параметры зпитакспальных слое? СзАз были получены зги непелъгеванин з качеств- исходного .'•"•».аюкентз металлического (За, изготовленного з КПП (г. ?язан>; с €ССгй. Ксли-чесгзонный знал;:? примесей л образца:: Ся. не проводился. ко по нем:-ре иным значениям зтет уровень мохно оценит!, величиной 09,9г5599Э ат.сснсвнсго злемента.

Таблица I.

Результаты испытаний различных образцов металлического Аз.

Фирма изготовитель

у Лзоок/

6 /

СКТБ "Монокристалл" 7370

(г.Новосибирск) 10000 158000

----------8000 7360

82190

----------5000 6050

22470

----------поликристалл 700

63300

ГИГХС 4000 4500

(г.Люберцы) 9710

Рачинский ГМК поликристалл 3920

(г. Рачинск) 22 60

ГИРЕДМЕТ (г. Москва)

10000

8620 170000

Таблица II

Результаты масс спектрометрического анализа примесей в мышьяке "Super Ars"

1. Ее < 5Е-8

2. В 4Е-8

3. С < 8Е-6

4. N < 8Е-6

5. О < IE-5

6. F < 7е-8

7. Ml' IE-7

8. A1 2Е-7

9. Si ЗЕ-7 10. P < IE-7

11.

IE-"

12. CI 3E-'

13. Ca 8E-7

14. Sc < 2E-

24. Ga < .3E-7

25. Ge < IE-6

26. Se < 5E-6

27. Br < 3E-6

28. Rb < 2E-6

29. Sr < 2E-6

30. Y < Ie-6

31. Zr < 2E-6

32. Kfo < 2E-6

33. Ru < IE-6

34. Rh <IE-6

35. Pd < 3E-6

36. Ag < IE-6

37. Cd < 3E-6

47. Pr < 8E-7

48. Nd < GE-6

49. Sin < 3E-6

50. Eu < IE-6

51. Gd < 3E-6

52. Tb < 9E-7

53. Dy < 2E-6

54. Ho < IE-6

55. Er < 5E-6

56. Tm < IE-6

57. Yb < 9E-6

58. Lu < IE-6

59. Hf <■ 4E-6

60. V < IE-5

15. Ti < IE-6

38. Jn < IE-5

61. Re < 2E-6

16. V < 2Е-7

17. Cr < ЗЕ-7

18. МП < ЗЕ-7

19. Fe 2Е-7

20. Со < ЗЕ-7

21. Ni < 4Е-7

22. Си < 4Е-7

23. Zn < 5Е-7

-1239. 5n < IE-6

40. Sb < IE-6

41. Те < 2Е-6

42. J < 7Е-7

43. Сз < 6Е-7

44. Ва < IE-6

45. La < 9Е-7

46. Се < 8Е-7

62. Os < 4Е-6

63. Jr < IE-5

64. Pt < 2E-6

66. Hg < 4E-6

67. Fb < 2E-6

68. Bi < 2E-6

69. U < ЗЕ-б

В таблице I приведены усредненные данные, полученные в большом массиве измерений. На основании анализа полученных результатов было установлено, что требуемый уровень фоновой концентрации (< 5.10 см3) реализуется на As, изготовленном по технологии ГИРЕДМЕТ (г. Москва) и СКТБ "Монокристалл" (г. Новосибирск). Результаты масс-спектрометрического анализа образцов мышьяка марки "Super Ars" приведены в таблице II.

В случае AI ¡f существенно зависит от степени кристалличности исходных образцов и поэтому практически не используется в качестве оценки химической частоты. Проведенный масс-спект-ральный анализ по набору примесей представлен в табл. ШС2].

Таблица III.

Результаты масс-спектрального анализа образцов AI

Элементы примеси Концентрация

масс. %

Na < е-7

- 13 -

Ка < Е-6

1п < Е-6

БЬ < Е-б

5п < Е-6

Бе < Е-6

Ре < Е-6

Си < Е-6

Сй < Е-6

Са < Е-6

Ц* < Е-5

51 < Е-5

Сг < Е-6

Се < Е-5

5 < Е-4

С < Е-4

О < Е-4

С1 < Е-4

Нитрид Сора в настоящее время подучил самое широкое распространение как конструкционный материал. Он обладает высокой чистотой, химической стойкостью по( отношению к действию агрессивных газов, жидкостей и расплавов, термостойкостью, высо-

кими диэлектрическими свойствами, хорошей теплопроводностью. Сочитание такого широкого набора положительных свойств и сохранение их при высокой температуре в глубоком вакууме делает этот материал одним из самых распространенных в технологии МЛЗ, в частности, для тиглей в ячейках Кнудсена [2].

Использование в МЛЭ перечисленных материалов позволяет получать фоновый уровень концентрации носителей в эпитаксиальных слоях Ga As < 5.10 cm5,что обеспечивает Еысокие электрофизические характеристики ГС ( ГС с 2Д электронным газом а 1*106 см2/Вс )СЗ]

Наличие открытой поверхности эпитаксиального роста приводит также к равноправной адсорбции молекул и радикалов на подложку из остаточной атмосферы и фоновых потоков примесей из материала вакуумных узлов и деталей (особенно тех, которые нагреты - молекулярные источники, нагреватель подложки, катоды ионизационных датчиков и т. п. ) наряду с адсорбцией молекул ( атомов) исходных веществ.

В качестве примера проведем оценку допустимого парциального давления СО, как наиболее химически активного компонента. В случае синтеза GaAs со скоростью роста R поток атомов Gai. J^) на поверхности дается выражением:

J, = R (ат/ см2с) (1)

Оа Ga

где Н^ поверхностная плотность атомов Ба. Поток на поверхность фоновой примеси X (в приближении идеального газа)

Р>

= ----------- (мол/см с) (2)

У 277 мх к Т

где Рх - парциональное давление. Мх - молекулярный Еес К - постоянная Больцмана Т - температура в градусах К. Тогда концентрация примеси X в пленке СаАз :

SX h Sx px ^ SX PX

M ---M- = -______ =—^ (3)

S„ J„ S_ R N Х/ггмТкГ" R V 271 M* KT

Ga Oo fofa

Sx - коэффициент прилипания малекул x

-Ю

Итак, для СО при Е. =10 тор и R = 1мкм/час.л

»« -3 со i4 -3

Неде?. 10 см в случае 5^=1 (Т=300К) и Myjí 10 см , если

sco<io-A

В связи с важностью этой проблемы реактор синтеза оснанрется криопанелью, охлаждаемый жидким азотом, которая служит тепловым экраном и дополнительным крионасосом.

2. Сверхвысокий вакуум и наличие открытой поверхности позволяет использовать в МЛЭ практически все современные методы анализа поверхности твердого тела " in situ" - Оже-спектроско-пию , масс-спектрометрию вторичных ионов (ВИМС), электронную спектроскопию для химического анализа (ЭСХА),дифракцию быстрых и медленных электронов и многие другие. Это явилось немаловажным фактором успехов в формировании современных знаний о свойствах тонких эпитаксиальных слоев и закономерностях в механизме процесса синтеза в МЛЭ.

3. Управление скоростью роста и уровнем легирования осуществляется заданием температурных режимов испарительных ячеек и положением заслонок ("открыто" - "закрыто"). Подобная процедура легко поддается автоматизации и, следовательно, обеспечивается высокая воспроизводимость параметров пленок.

4. Пространственная диаграмма плотности молекулярных потоков из испарительных ячеек типа Кнудсена имеет направленный характер, что приводило в первых вариантах установок ШГЭ к существенной неоднородности эпитаксиальных слоев по толщине и уровню легирования (> 50?. на^Й 40мм). В последующих конструкциях эта проблема была решена за счет врашрния образца в процессе роста: неоднородность слоев (гй/jfc' на пластине ф 60-76 мм понизилась до 1-3%, что является приемлемым значением даже для создания СБИС [4,5,6]

г/,

пер.

(У

-О—о

io

ж <0 SO ¿/aw

Рис. 1

Изменение напряжения перекрытия для эпитаксиального слоя GaAs на подложке $ 76 мм

5. Небольшая скорость роста, низкая температура зпитаксии (- 600*Ь)и малая инерционность при перекрывании заслонками молекулярных потоков позволяет реализовать очень резкие переходные границы эпитаксиальных слоев. При стандартной скорости ро-

о

ста в процессе Ь1ЛЭ (120 А/мин) и временем срабатывания заслонки 0,5 с получаем неопределенность по толщине переходного слоя 1А. В реальных условиях с учетом термических процессов диффузии протяженность переходных границ составляет 5 -10? , что также является одним из важнейших преимуществ технологии МЛЭ.

6. Современные технологические установки МЛЭ представляют из себя конструкции модульного типа. Такой принцип построения позволяет использовать в едином комплексе кроме ростового реактора дополнительные камеры целевого назначения: предварительной обработки пластин, камеры для физических исследований, камеры нанесения металлов и диэлектриков и т.п. , что в перспективе позволит базовые операции маршрута изготовления приборов проводить последовательно без контакта образцов с атмосферой.

Вышеперечисленные технические и технологические параметры реализованы в современных установках МВЕ-32Р (Ф. "РиЭер" Франция), V80H (ф. "Vakuum Generetions", Англия), FHI(CIL'A), установ-

ка ф. "АпэIva"(Япония) и др., Из отечественных установок такого класса создана установка "Цна-9" [7],имеюиря повышенную емкость загрузочного устройства.

Ниже приведены основные технические характеристики установки "Цна-9".

1. Диаметр подложек - 60-76 мм

с

2. Неоднородность нагрева подложки в диапазоне 400-700 С 1%

3. Максимальная температура нагрева подложки - 850°С

4. Неоднородность эпитакснальных слоев по толщине ^2.5%

5. Предельное остаточное давление в реакторе^1.10"8 Па

6. Предельное остаточное давление в шлюзовой камере 5.10

Па

7. Количество молекулярных источников в реакторе -8шт.

8. Максимальная температура нагрева молекулярных источников -1400°С

9. Точность поддержания температуры источников и подложки + 0,5°С

10. Азимутальное вращение подложкидержателя в процессе работы со скоростью 0-60 об/мин

11. Количество подложек в кассете камеры загрузки - 10шт.

2. 2 Механизм эпитаксиального роста

Изучение механизма эпитаксиального роста В МЛЭ представляет интерес не только с точки зрения целенаправленной оптимизации технологических параметров процесса МЛЭ, ко и для выяснения фунд&ментальных закономерностей гетерогенных католитических реакций синтеза монокристаллов.

К настоящему времени достаточно широко изучено влияние различных Факторов (температуры подложки, скорости роста, плотности потоков исходных веществ и др. ,) на свойства поверхности растущего кристалла. Однако их влияние на объемные характеристики монокристаллов исследовано недостаточно. Хотя,очевидно, что кинетика элементарных процессов на поверхности растущего кристалла должна влиять и на объемные свойства.

- 18 -

В связи с этим в работе был проведен цикл исследований, посвяшэнный изучению влияния отношения плотностей молекулярных потоков исходных веществ на объемные свойства монокристаллических слоев в МЛЭ.

Известно, что рост пленок в технологии МЛЭ определяется, в значительной мере, кинетикой взаимодействия молекулярных пучков элементов V группы с поверхностью растущего кристалла, а скорость роста контролируется стадией адбсорции элементов Шгр. Этбт вывод основан на эксперементально измеренных значениях коэффициентов прилипания (Б) молекул А^или Аз^) от степени заполнения поверхности ( © ) атомами Ва /9*,10*/

=0 £р&=0 (4)

(«и«^; =*(<"« 46) г- (5)

А в случае Ба и не зависит от

На основании этого факта предполагается, что формирование стехиометрического состава ОаАэ осуществляется при любых значениях потока мышьяка > при Р^ =оопз1, где Р-поток молекул Аб^ (или А^) на поверхность, а Р^- минимальный поток, соответствующий стехинометрическому составу слоя (ЗаДв. Следовательно, физические характеристики эпитаксиальных пленок (в частности, у4*- подвижность носителей) не будет изменяться в кристалле при этих условиях синтеза.

Однако, полученные в работах /8,9,10/ экспериментальные зависимости указывают на более сложные закономерности в интервале больших (Р#> Р^,) значений Р^(рис. 2)

Эксперименты по изучению влияния отношения Ру,/ -' Б- на элек-» п Ся

трофизические свойства эпитаксиальных слоев ОаАз проводились на

слоях толщиной <3= 1шкт и уровнем легирования кремнием г^. ;

изготовленных при различных температурах подложки и скорости роста V = 1мкм/час (п^,-холловская концентрация электронов) .

Как видно из приведенных графиков все кривые имеют максп-

мум. Интерпретация полученной закономерности при малых значениях Р^С слева от максимума) не вызывает затруднений. Очевидно, что при уменьшении значения ^поверхность обогащается атомами

6а вплоть до каплеобразования (рис. 3) Это обстоятельство и является причиной деградации электрофизических характеристик.

Дальнейшее рассмотрение кинетики реакции синтеза БаАэ мы будем проводить на примере Аэ . Обоснованием такого упрвцения является предположение о последовательном характере элементарных актов взаимодействия молекул «аиьяка с поверхностью растущего кристалла, что позволяет рассматривать процесс диссоциации молекулы Аз на Лз как одну из стадий общей реакщш

с/^ )-----( 6)

!•• ■ .¿г»-. •';

Я} . ■ <5=5^,: ''¿¿¿•З&Ьг- ' • >ч "" !

'. .' - ;

рч

я <

I

рис. 3

1!орфологпя поверхности эпитаксиальных слоев СзА: в условиях (Р^/Р^ ) < СР^/РСй

нзготоедрнных

Основные положения физической модели, используемой для ия-

о

терпретации зависимости в интервале (Р^./Р^) > ) зато-

чается в следующем.

Процесс роста имитируется методом Ыонте-Кзрло и моделируется в виде марковской последовательности з.г.ементаркых гиггов кинетических процессов на тетраэдральной кристаллической ке БаАз. Ресгтка предполагается продолженной веерх, вдола с:п (001) над поверхностью подложки. Все узлы репетки ни»:- н-зкото-рого (нулевого) слоя (001) заняты атомами падлсл.-ш, э вес- узлы выхе этого слоя в начальный момент свободны и будут заполняться в процессе роста пленки. Атомы могут располагаться толь::о Б уздах репетю!, причем в одном атомном конссл^е югут сод^р-глться атомы только одного сорта (либо Сз, лп'-'о Аз) и слои с разныш атомам! чередуется.

В отличии ст пироко используемой в модг-лигованик ртста. кристаллов подели "твердое на твердой", г :::тс:;:,; прш:ц-ш::~гьно кевозмог^к процесс сораэс^знил с5г*?2шх ¿акакснй. 2 нгсгльг-мой ¡¡дели т.. г.,:;• ^а/лл-епп .гг-тл : недост:.-о"

11-'X,151..'-

Рассмотрим модели элементарных кинетических процессов, происходящих с атомами и молекула»аI на поверхность подлета:. Вероятность адсобции атома Вз вычисляется по формуле:

Р^сСа = ех/э/~-/2-/1) (7)

где п=1,2 - число нилипх первых соседей

Атом может хеморссрбкроэатьгя, если занят хотя бы один первый соседний угел (т.е. если мэ.-гю установить химическую связь с атома?«! кристалла). Если атом не адсорбировался, то выбирается друтой случайный узел в приповерхностном слое решетки и там делается попытка адсорбции.

Попытки адсорбции делаются до тех пор пока либо не произойдет адсорбция, либо число попыток не привысит некоторый предел, после которого атом считается десорбироЕзнным.

Адсорбированный атом мо.чет ¡.ахгрировать по поверхности. Миграция моделируется посредством скачков в свободные втерые соседние узлы решетки, которые имеют хотя бы один не занятый соседний узел. Частота миграции вычисляется по формуле Аррени-уса с учетом энергии связи с первыми и вторыми соседями:

7 С8)

где п^ (пг )число первых (вторых) соседей атома (За,Е^ (£,) - энергия связи с первым ( вторы,0 соседом, - параметр, позволяющий установить требуемую энергию активации скачков, к-псстоянная Еольцмана, Т- температура подложи.

Миграция атома заканчивается встраиванием в поверхностный слой кристалла. При большом отношении интенсивностей потеков Молекула Аз .упавшая из потока, может связать мигрирующий атом Ба до встраивания в кристалл и тем самым образовать зародыш нового слоя

Для хемосорбции молекулы Аэ,необходимо'два вакантных приповерхностных узла решетки. Вероятность хемосорбции зависит от числа первых соседей вакантных узЛсв и вычисляется по формуле:

в

рис. 4.

Примеры расположения поверхностных атомов в окрестности адсорбции As^: а- адсорбция вдоль линии связей, б - адсорбцга поперек линий связей.

Обозначения © - атомы <§> -As, О- вакансии

Бели адсорбция не произошла, то также как и в случае Ga проводятся следующие попытки. Таким образом моделируется мпгра-ция в фпзадсорбированном состоянии. Миграция в хемосорбированном состоянии в модели не учитывается, т. к. в условиях еысокой поверхностной концентрации мьоьяка вероятность этего процесса мала.

Ассоциативная десорбция моделируется посредством удаления двух соседних поверхностных атомов мыиьяка, лежащ">: е слое (CQ1) едоль линии [011]. Частота десорбции вычисляется по формуле Лр-рениуса с учетом концентрационной зависимости энергии активации:

R%eeM = ^-^['(^-п.е^т] 'ю..

где энергия активации десорбции димера, п3~ число Сли-лзй^пс соседних атомов мышьяка, лехаг?!х в одной плоскости С 091} с десор5ируЕг;:!.:ся дпмеро.м ( О s< ni 6 ), £ - энергия взаимо-

о

действия отталкивания диигра с поверхностным атомом ыыьяка.

С помззза списанной еь^г математической модели проводился вычислительный эксперимент по моделированию роста GaAs в 1.!ЛЭ на фрагменте кристаллической решетки размером 100*100 узлов в

слое (001). Рост начинался с гладкой стабилизированной Аэ поверхности. Скорость роста задавалась на уровне одного монослоя в секунду. Цель эксперимента состояла в изучении зависимости числа объемных вакансий в кристалле от интенсивности потока молекул Аб при различных температурах подложи.

Расчеты проводились при следующих значениях энергетических параметров модели для связи с ближайшими соседями:

¿Л'Ж =£Ga-(?a = £ - 0,16эЬ

Rm = з -dou

Е =0,9 эВ для скачков атомов вдоль линии С110] ¡1 Е =0,75эВ для скачков атома вдоль других направлений.

Таким образом энергия активации скачков вдоль линии CHOI равна 1,34эВ а для для скачков в перпендикулярном направлении -1,49эВ. Десорбция атомов галлия и мышьяка в расчетах не учитывалась. ля расчета частоты десорбции димеров As полагалось: Rq =2*10 Eg = 4,16эВ ¿^=0,12зЕ. Расчеты проводились для трех значений температуры подложки: Tf= 853, Т? = 873, Т3= 893 К Отношение потоков изменялось от 3 до 12 для Т^, от 7 до 16 для Т^ и от 9 до 18 для J3 . В двадцати атомных монослоях выращенного кристалла подсчитывалось число объемных вакансий. Результаты моделирования показаны на рис. 5-8.

т-гзк

iJllaLuiil-J и .....- п

„ _ я _ {й

Я ■ п П п , я - J t

t$i

п.щ

J3 5 i

J

рис. 5

i i—i—!—i—i—i—i—п—i—i—i—i J « i £ i » » U II U И M IS U tf Я

Л,'

Изменение количества вакансий в зависимости от отношения (Р^ /Р^ - а) б-номограмма распределение количества вакансий по слоям. Тп =853 К

рис. 6

Изменение количества вакансий в зависимости от отношения

~ б-номограша распределение количества вакансий

по слоям. Тп =873 К

гх

12

" " " и

-, - - в

^п^, и ип- 15

_я и . и . 1

» ш ш ■

( Т—I—I—1—I—I—I—I—I—I—I—г—I—I—I—I

: и н и о и 15 и ви и а и а л л

рис.7

Изменение количества вакансий в зависимости от отношения (P^/F^-а) б-номограммз распределение количества вакансий по слоям. Тп =893 К

■f'v

53-

."5

»»Jo

□ о О о Л

i- 1

•т-1*—1-1-1-1-1-1-г—1-1-1-1-1-1-1-!-1-1

2 j < 5 i 7 i « »1112 и к 15 и 17 is 1) и

h <и

рис. 8

Сравнение Зависимостей Nv = f ) при различных

Тп указанных на рис. 5-7

Как видно из графиков число деффектов кристаллической ре-тетки (вакансий -Nv)увеличивается с ростом отнесения /Р^ при всех теипературахеинтеза эпитаксиальных слоев. При этом характер изменения количества вакансий от тождественен

характеру изменения . Минимальные значения N'v так?;е гак и /1 смещаются с температурой по оси F/v /Р^ , а абсолютная величина скорости изменения Nv коррелирует со скоростью изменения f в интервале болыпих значений F'¿у'^ (справа отf* max)

Изменение поверхностной концентрации атомов мышьяка от Т„ в стационарных условиях лимитируется скоростью ассоциативной десорбции молекул Аз^ . В этом случае, используя температурную зависимость по Лррениусу скорости десорбции при 9 =const, можно

- 26 -

вычислить энергию активации этого процесса (рис.8).

С использованием метода наименьших квадратов эта процедура была проведена для <5^=0,9 и полученное значение полной энергии активации десорбции для Аэ^. = 2,97 эВ достаточно хорошо согласуются с ветчиной 4,16 эВ при учете зависимости Б^оте^,.

рис. 9

Существенная роль поверхностной миграции атомов элементов Шгр. подтверждается также результатами экспериментов по измерению подвижности носителей в гетероструктурах с 2Д- электронным газом,изготовленных при различных скоростях эпптаксиального роста ( Тп и =оопб1 ) представленные на рис.10

Измеренные авторами работ [12*,13*14* 3, значения концентрации глубоких центров, приборных характеристик, параметров спектров фотолюминпсенции в зависимости от Р /Р в слоях (ЗаАз и приборах, изготовленных на их основе, имеют аналогичный характер изменения,что указывает на универсальность изученного явления.

Изменение (кривая 1) п/иггк{2) 2 ДГЕ от скорости роста

ВаАз в ГС БзАз/ АЮаАз. В скобках указаны значения концентрации носителей.

2. 3. Молекулярно-лучевая эпитафия гетероструктур

В настоящее время интенсивное применение гетероструктур как в фундаментальных исследованиях, так и в прикладных направлениях требует создания образцов с широким диапазоном характеристик. Однако, не смотря на это к ним предъявляется общее требование, заключающееся в высоком качестве гетерограницы.

Для исследования и аттестации эпитаксиальных слоев БаАз и гетероструктур в работе были использованы электрофизические измерения (эффекты Холла и П^бникова-де Гаазе) в диапазоне температур вплоть до гелиевых, низкотемпературные измерения спектров фотолюминиценцпи, электронографические наблюдения с помощью ростровой и просвечивающей микроскопии, Оже-спектроско-пии, БИМС, метод вольт-фарадных характеристик, а также анализ характеристик приборов, изготовленных на основе ГС.

В качестве подложек при выращивании ГС с 2Д-электронным газом использовались полуизолирукщие монокристаллические пластины 60-76 мм, компенсированные Сг, ориентированные на повер-

хность гранью (100) с разориентацией <~3° в направлении С110].

Одним из основных условий эпитаксиального роста является чистота и кристаллическое совершенство поверхности. Процедура подготовки поверхности подложки должна обеспечивать удаление нарушенного слоя, возникающего после полировки пластин(10-20мкм) и создание пассивирующего окисного слоя для предотвращения адсорбции чужеродных примесей из атмосферы непосредственно на кристаллическую поверхность подложки. Эксперименты показали, что лучшие результаты реализуются при следующей последовательности операций [3,8,11]:

-кипячение в трихлорэтилене, -кипячение в ацетоне, -промывка в метаноле,

-травление в слабом растворе Вг в метаноле, -химико-динамическое травление в растворе Нд: Н^О,: Н,0 (5:1:1)

-промывка в деионизованной (или дистилированной)воде, -сушка в потоке сухого высокочистого азота. Затем подложки немедленно помещались в шлюзовую камеру установки МЛЭ. После прогрева подложки при Т >630°С в потоке мышьяка поверхность практически не содержала чужеродных примесей в пределах чувствительности Оже-спектрометра,(рис. 4)

Выбор необходимых плотностей молекулярных потоков исходных веществ Аз,ва,А1 осуществлялся на основе экспериментально измеренных зависимостей ^ =Г(т£), где Р£ и Тд' -парциальное давление в зоне роста и температура молекулярного источника соответствующих компонент, а также с учетом изотермических зависимостей р =Г(Руу ), приведенных в разделе 2.2

В зависимости от степени легирования пленок А1х Аб в

их спектрах излучения при гелиевой температуре может наблюдаться либо излучение связанных экситонов на донорах и акцепторах,либо излучение связанное с рекомбинацией свободных электронов с дырками локализованными на акцепторах или хвостах плотности состояний валентной зоны. ,„

1Ь -3

В связи с этим при Ыд < 3*10 см (Т=2-4К) доминирует узкая линия излучения с полушириной, которая увеличивается с г, но не превышающей 1,5-2 мэВ. Эта лйния обусловлена рекомбинацией

экситонов, связанных на мелких примесях. Энергия экситона при х< 0,45 составляет 4-5,5 мэВ, а их энергия связи с донором и мелким акцептором (углеродом), преобладающим в кристаллах выра-щэнных МЛЭ, составляет соответственно 1-1,5 мэВ и 2-3 мэЕ. Таким образом, если ограничиться точностью + 0,5£, то для определения х можно использовать выражение:

х= (Ьш -1,513 ) /А (11)

где /¡id -спектральное положение максимума излучения,

А = 1,247 эВ

it -з

В случае Нд> 10 см связанные состояния электронов распадаются из-за экранированного кулоновского потенциала. В спектре излучения таких кристаллов наблюдается излучение, связанное с рекомбинацией свободных электронов и характеризующееся большой величиной полуширины линии излучения. Спектральное положение максимума и обоих краев линии излучения AlGaAs в этом случае зависит не только от концентрации алюминия, но и от концентрации примесей.

Для измерения х и скорости эпитаксиального роста "in situ" в процессе роста был использован также метод /12/,основанный на интерференции лазерного луча, отраженного от подложки и поверхности растущей пленки.

В качестве контроля полученных значений х, использовался также непосредственный расчет доли А1 по скорости роста GaAs

и hly Ga^-^As (\'//>), измеренных в отдельных экспериментах:

х = V/PS - VCaJj (12)

Основанием для применения последнего выражения служит практическое совпадение постоянных кристаллических решеток у баАэ и А1Х Ба^.

В качестве легирующего элемента для получения эпитаксиаль-ны>: слоев п-типа проводимости применялся Зь Кремний является наиболее часто используемым для этих целей материалом в силу слабого проявления амфотерности и малых значений коэффициентов диффузии и сегрегации, хотя по максимальному пределу концентра-

ции носителей в БаАв этот элемент уступает Бп. Зависимость концентрации носителей в слоях БаАз и А1„ВаЛ„.Аз от температуры

ц-> о.т

кремниевой ячейки приведены на рис. 11 71ССМ3)

рис. 11

Зависимость концентрации носителей в слоях 0аАз(1) и А^Ба^ Ьз{2) от температуры кремниевой ячейки.

Различные уровни концентрации носителей в БаАБ и к\х Ба^-хАз обусловлены большей энергией ионизации доноров в тройном соединении ( 10 - 20 мэВ, 150 - 160мэВ), а предельный уровень концентрации носителей '- предельной растворимостью 51,выше которого наблюдается выделение второй фазы.

Поперечный разрез изготовленных ГС и их зонная диаграмма приведены на рис. 12

о

Верхний тонкий слой (с!=100А ) нелегированного ОаАз служит защитой от окисления А10аАз при контакте с атмосферой в процессе проведения исследований. С целью уменьшения кулоновского рассеяния носителей в 2Д-электронном газе на заряженных донорах в АЮаАз вводился разделительный слой ( "спейсер" ) нелегированного АЮаАз. В реальных образцах с определенным уровнем фоновой примеси "спейсер" контролирует два конкурирующих процесса: воз-

рзстание подвижности носителей в 2Д-электронном гаэе при увеличении его толщины, вследствие ослабления кулоновского рассеяния па донорах Si, а с другой- уменьсенне подвижности, Еследствии ослабления эффекта экранирования зарядов фоновой примеси в 2Д-канале, т. к с увеличением толщины "спейсера" концентрация носителей в 2Д- канале уменьшается. Этот механизм лежит в основе интерпретации экспериментальных графиков на рис.13

рис.12

Поперечный разрез ГС GaAs/AlGaAs (а) и зонная диаграша(б).

£0 -iû м ж /м ж ю ж & рис. 13

Зависимость подвижности и концентрации носителей в ГС с 2Д-электронным газом.

Оптимальная толщина "спейсера", определенная из эксперимен-

тальной зависимсти ^-^(¿¿^на. рис. 13, имеет значения ^ 170А. Результаты исследований по влиянию мольной доли А1 в Са^Аз на электрофизические характеристики приведены на рис.14.

* \

_I_1_I_:-

4! 45 Щ ф xjg

рис. 14

Изменение и п в зависимости от доли А1 х для эпитаксиаль-ных слоев Alj^ Ga/-xAs при Т =300 К.

Резкое изменение значений подвижности и концентрации носителей в интервале Х= 0,25-0,35 обусловленно катастрофическим увеличением дефектов.

Исходя из экспериментальных данных эти дефекты мокло классифицировать по механизму их возникновения. Первая группа дефектов обусловлена технологическими условиями эпитаксии и их концентрацию можно существенно понизить путем оптимизации технологических режимов синтеза А1х Другая же группа

дефектов, так называемых ДХ-центров, обусловлена особенностями зонной структуры ( взаимным расположением по энергетической скале Г-и Х-долин) A^Ga^As и изменением ее при изменении молярной доли A1 С15*].

Существенное влияние на совершенство гетерогракицы оказывает качество буферного слоя нелегированного GaAs, который, во-первых, служит диффузионным барьером для примесей из подложки, а, во-вторых, позволяет уменьшить концентрацию дислокаций, центрами зарождения которых являются поверхностные нарушения

подложки. В связи с этим были проведены эксперименты по измерению подвижности носителей в 2Д-электорнном газе при различных толщинах буферного слоя(рис. 15) [2,8]

<4 (V

&

У.2

V

10 -

49 -

48 -

-1-1_I_I I I

& /Я 1,25 /,5 ¿/¿(мм)

рис. 15

Изменеие подвижности носителей в ГС с 2Д-электронным газом при различных толщшах буферного слоя.

Из полученной экспериментальной зависимости =Т{йъ ) видно, что существует минимальное значение ds•, ниже которого электрофизические параметры ГС деградируют. Ееличина =0,8:1мкм по-видимому, не является универсальной, а определяется конкретными условиями изготовления ГС.

Введение в состав буферного слоя тонких слоев А16аАз еще более повышает его эффективность, что проиллюстрированно в табл. IV.

Таблица IV

Но Состав буферного слоя 77 К / '300 К

образца (х=0,25-0,27)

287 без слоев А1 Аз 19500/2840

288 __II__ 28370/3660

289 __II__ 36560/3480

290 __к__ 33900/3560

307 два слоя по 500 А 44870/3740

308 __II__ 45280/3960

309 __II__ 39450/3890

310 __II__ 45440/4300

139 пять слоев по 100 А 46470/3530

140 __»1__ 43340/3680

142 __1!__ 40300/3260

153 __»»_ _ 42760/3660

В этом случае благодаря эффекту гетерирования примесей и дислокаций подвижность электронов возросла на 10-20%. Все образцы, результаты измерений которых приведены в табл. IV, были изготовлении в идентичных условиях и имели одинаковый состав слоев (за исключением состава буферного слоя): подложка, полуизолирующий БаАз-буферный слой, нелегированный СЗаАз=1мкм -

о

"спейсер" слой, нелегированный А1х Ва^.^Ав.с! =35А -легированный слой А1х Ба^Ая, п=1*10 см , б = 500А- легированный слой (ЗаАэ п=2*ю'8 смь ,с1 =560А. Из сравнительных данных, приведенных в таблице следует, что буферный слой с прослойками А1Л Ба^.хАз более эффективен. Причем количество и толщина слоев в пределах, указанных в таблице, не оказывает сушэственного влияния.

Важнейшей характеристикой 2Д-электронной системы служит отношение транспортной ) подвижности (которая определяется из проводимости 2Д -электронного газа в нулевом магнитном

по."? п ;;-:.чгозо,?- подзикяости ( которая связана с уш-

^ р / рек;,-ж ?га?.::го5Н>: урч-неЛ электронной 2Д- системы через

^— / к

/ ^ ■

.'нзчепг? /К-, |-.слно определить из зависимости амплитуды ссцл: --чц::'/: Ц?бнкксз-,ч-де Гаэее от квантового номера в слабых маги;- .нк'-г -елях. В-:оз:чика £ сильно зависит от механизмов

рассемнпл. Например, для рассеяния на неоднородностях и пзрсгсггтсстя:-: гр^нг'н £ »1,а на заряженных центрах £ >10-100 .

».ссдедованки нази: стандартных ГС с 2Д-электронным газом / -10-15 и слабо зависели от толщины "спейсера" при Еи^. что свидетельствует о механизме рассеяния на заря-кениь ; центрах, глк о домкнируещем механизме рассеяния в

-3

спенсере, причем концентрация рассеивающих центров Цф?1*10 ст 1:1 основе поведенных з данном разделе исследований были оптимизировании параметры процесса МЛЭ гетероструктур ВаАэ/АЮаАз с 2Д-электронным газон и получены рекордные значения подвижности £ 1*10ь см^/Ес при Т=4,2к[14]. Измеренные величины^- Г(ТИЗ/*. ) приведены ка рис.16

/о'

U- [

-v .н VJI-

N

Y

\

/У

—

ГС- 7>г

рис. 15

Зависимость подвижности носителей в ГС с 2Д-электронным тагом ог.' температуры измерения.

В саключении раздела приведем экспериментальные результаты по елилгию атмосферы водорода в реакторе роста на электрофизические характеристики эпитаксиальных слоев/15/. Эта проблема вызывает большой интеюес с точки зрения повышения качества моно-

кристаллов з сс;.зп с высокой зосстанавливаящей способностью водорода, а с тем, что водород является основным продукте?.; реакции при использовании в качестве источника мышьяка арсина в методе химической молекулярной эпитаксии.

Слои 0аАз(50 выращивались при различных давлениях молекулярного Еодорода в ШГЭ-реакторе. Концентрация донорной примеси

16 -л

была равна 1,5 *10 см , а толщина слоев ВзАб 1мкм. Скорость

о

роста=1мкм/час, температура роста=600 С.

Измерения электронной холловской подвижности выращенных слоев проводилось методом Еан-дер-Пзу при Т=300 и 77К. На рис. 17 представлении результаты измерений зависимости ^ от парциального давления водорода р„ .

ее)

рис. 17

Зависимости электронной подвижности в эпитаксиальных слоях СаАз и парциальных давлений фоновых примесей от давления Н^в реакторе ШВ. _8 _д

В интервале давлений Нг от5*10 тор до 5*10 тор /4 возрастает почти в 1,5 раза,достигая максимальных значений БбООск^/Вс и 16000см2'/Ее при 300 и 77К соответственно. Однако, при дальнейшем увеличении Рн ^ уменьшается. На этом же рисунке приведены результаты масс-спектрометрических измерений парциальных

давлений иэиЭоде? химически активных компонентов. приоутсгзуюсзя 2 вводимом молекулярном водороде, как функции . Ив эти:: данных следует, что с Сласть резкого спада на" зависимости

-=Г( Рц ) совпадает с сбдзсткз быстрого увеличения парциальных давлений С0,Н^0,0 и ОН.

По наыему мнение, поло/аггельк'дп эффект Бездействия К2 млгзт быть обусловлен как ввоимодействгем с адзтемоми примеси на растуззй поверхности, так и Её?.;::' 'Действием с поверхность;:, нагреваемых .элементов ( осоСенко -:лчуляркш источников). обеспечивая более эффективную их очистм. с г кислород-всс д-гр^вдих соединений. И тот и другой меха:::'./:' должен прив:дит1 к пени^екпл дефектности --питакспэльнсй плен;-::; следователь;-::, к возрастанию /(. /

2.4 Гетероструктуры для кно.г:оеого датчика Мдлла, исполь-"уемого в качестве эталона злекгг "ческсгс еспрогисления [15-201

Н (тесла)

рис. 13

Зависимость и от Н для квантового эталона сопротивления. На вставке изображена конфигурация измерительного образца.

Для измерений гальваномагнитных характеристик изготовленных ГС использовались образцы холловской конфигурации с омическими контактами на основе Аи/бе-Ш (см.вставку на рис.18)

При Т<4,2К холдовское сопротивление (Нн) ступенчатым образом зависит от магнитного поля (квантовый-эффекг-Холла) (рис. 20) причем на плато

Ян = Ь'е2! = 25812,80/1 (От), (13)

где 1-номер уровня Ландау (плато)

В выражении для Нн входят лишь фундаментальные константы (11- постаянная Планка, е- заряд электрона) и это обстоятельство служит основанием для практического использования эффекта в качестве эталона сопротивления. Универсальность отношения (13) дает также возможность независимым способов определить постоянную тонкой структуры, которая лежит в основе квантовой электродинамики:

I ' =137,0359.. (14)

где-магнитная проницаемость вакуума= 4*Ю Гн/м с-скорость света

Многочисленные результаты по измерениям квантового холло-вского сопротивления 13н в различных лабораториях и на различных образцах доказывают, что Ин воспроизводится с погрешностью не хуже 1*10 . Это значение не противоречит выводам существующей современной физической теории квантового эффекта Холла, в которой не предсказывается каких-либо отклонений от идеального соотношения (13) на уровне более, чем 10 - 10" .

Тем не менее в реальных условиях измерений нельзя исключить появления поправок к идеальным значениям Кн. Причинами отклонений могут быть различные факторы, такие как качество ГС и .методические факторы (температура измерения, диапсзон магнитны:-: полей и т.п.) Ниже мы рассмотрим некоторые наиболее гажкые пара-

метры ГС, определяющие точность реализации эксперементального значения Нн.

Однородность образца.

Сценки показывает,что для обеспечения "горизонтальности" плато с погрешностью <- 10 Ом необходима неоднородность концентрации носителей по длине образца 0,5-1* в нашем случае максимальная интегральная неоднородность 1-3% на пластинах /б0мм позволяет удовлетворить этому требованию с достаточно высоким ( 10\) выходом годных приборов по дифференциальной неоднородности (на длине образца 7мм)

Подвижность носителей .

Эксперименты показывают, что для прецизионных измерений Нн

Л 2.

необходимы образцы с >10 м .'Ее при Т<4,2 К . Если/^Ю м /Во уширение энергетических уровней оказывается настолько велико, что происходит деградация "плато". При значениях/" >30-100м2/Ее квантованные плато холловского сопротивления становятся более узкими и между ними возникает дополнительная особенность --дробный квантовый эффект Холла(ДКЭХ). что также затрудняет использование Кн в метрологических приложениях. Основные перечисленные закономерности укладываются, на наш взгляд, в рамки модели локализованных состояний.(кроме явления ДКЗХ, обусловленного коллективным: явлениями в электронной системе)

Шунтирующие токи.

"3

Для того, чтобы эти токи не вносили ошибку МО , сопроти-

В 12 15

нление пассивного слоя ГС должно быть >10 Нн, т.е. 10 -10 Ом

Одним из эффективны:': способов повышения сопротивления буферного слоя в ГС является создание в нем системы чередующихся слоев ЗаАэ и А^Са^Аз (см. раздел 2.3)

С учетом перечисленных требований были изготовлены образцы эталонов сопротивления на основе КЭХ, которые входят в настоящее время, в качестве основного.элемента в состав Государственной Установки Высшей Точности (УВТ) по воспроизведению единици

электрического сопротивления. УВТ, принятая Государственой Комиссии в 1989г., используется как средство измерений наивысшей точности при контроле стабильности Государственного эталона Ома традиционного типа. Параметры этих образцов и условия измерения Р!н приведены на рис. 18 и в сертификате.

Сертификат

датчика квантового холловского сопротивления 968-5.

Концентрация носителей заряда при Т=1,2К: 3,7*10 см Подвижность носителей заряда при Т=1,2К: 2 *10 см^/Вс Удельное сопротивление в минимуме (N=2), < 0,2пол

при 1=50^кА

Сопротивление контактов истока и стока в магнитном поле до 8 Т при Т=1,2К: < 10 Ом

2. 5 "б"- легирование эпитаксиальных слоев

БаАз, А1х Оа Аг и гетероструктур на их

основе /21-26/.

Специфика технологии "б"-легирования заключается в том, что внедрение легирующей примеси в решетку кристалла происходит в условиях стабилизации поверхности мышьяком и прекращения роста, т.е. ^=0. а Р^й.

Поскольку при этом распределение примеси по толщине пленки напоминает вид "б"-функции Дирака, то это и послужило обоснованием для данной терминологии.

Структуры с "б"-легированными слоями вызывают повышенный интерес физиков в связи с реализацией двумерного газа (ДГ) носителей в гомогенных системах и использование его для решения прикладных задач микро- и оптоэлектроники.

В настоящее время достаточно подробно изучены при помощи анализа осциляций Шубникова-де Гаазе свойства ДЗГ в потенциальных квантовых ямах(ПКЯ) "глубоких" "б"-слоев,т. е. располо-

- 41 -

жеиных на расстояниях L>1000A от поверхности GaAs.

Менее исследовании системы с "б"-слоями вблизи поверхности (L<30QA), где на параметры ДЭГ могут существенно влиять поверхность GaAs или граница GaAs/металл. При этом с помощью металлического затвора в структуре с приповерхностной ПНЯ можно эффективно управлять концентрацией ДЭГ, что открывает дополнительные возможности для определения параметров "б"-слоя и исследования зависимости транспортных свойств от концентрации ДЭГ. Наиболее значительны:-: эффектов можно ожидать при заполнении первой возбужденной подгоны ДЭГ, когда квантовые свойства системы приводят к пространственному разделению ионизованных примесей и подвижных носителей заряда в ПКЯ. Именно в этом случае в работе [16*3 для глубокого "б"-слоя в SaAs было обноружено возрастание в 4 раза подвижности в возбужденной подзоне по сравнению с основным состоянием.

Для исследований в настоящей работе были изготовленны два типа структур с конфигурацией холловского мостика: с одним

о

"б"-слоем, выращенном на расстоянии L= 200А от поверхности GaAs, покрытой "in situ" алюминием (образец 1) и с двумя

о о

"б"-слоями с L] =200А и L¿ =500А, содержащим! одинаковое количество доноров (образец 2). Концентрация N атомов Si в каждом

12 -2 II -2

"б"-слое для образцов 1и2 составляла N= 5*10 см и 6,6*10 см, соответственно.

На рис. 19 представлении результаты измерений холловской концентрации пу("+") и удельной проводимости ¿п("0") в образце 1 при Т=4,2К и различных напряжениях на затворе V. На графике П>± (V) ("х") изображена зависимость концентрации электронов, полученная из осцилляций Щубникова-де Гаазе магнитосопротивления.

Магнитнотранспортные измерения проводились при Т=4,2К в магнитных полях В < 12,5 Т.

Обрашдет на себя неравенство пх концентрации носителей 12 12 О

(2,2*10 и 5*10 см при и =0,соответственно), что характерно для приповерхностных "б"-слоев вследствии влияния ОПЗ поверхностных состояний. Во-вторых, пх>>п^, что указывает на заполнение по крайней мере двух двумерных подзон, одна из которых (п0) не проявляется в ОШдГ. в исследованном диапазоне магнитных полей из-за низкой подвижностей носителей в ней. Наличие двух заполненных подзон в образце 1 подтверждают данные туннельной спектроскопии. (рис. 20)

№

рис. 20

Зависимость туннельной проводимости ¿т от напряжения на затворе V для туннельного перехода А1/"б"-0аАз (образец 1). Стрелками показаны ожидаемые согласно самосогласованному расче-

ту положения двумерных подзон на туннельном спектре.

Приведенные на рис.19 графики демонстрируют сильную зависимость свойств /ТЭГ от V: проводимость возрастает в 2раза в интервале V от - 236Е до +163В, причем а 7СЭ с:.Г'Яас для У=0, что существенно меньше, чем значение, получзкно- в экологичных условиях на "глубоких" "б"-слст-:.

В случае образца 2 из измерений пи-тГ погг.'ап" пттдиештя

Поскольку^п.<пк мохко предположите наличие з образце двух подзон с малой подвижностью, которые н* пронзились а этом ин-терзалэ магнитных полей (В< 9,57).

Самосогласованный расчет профилей потенциала и плотности ДГЭ, а таксе энергетических уровней в ПХЯ был выполнен на основе численного решения итерационным методом одномерных уравнений Пуассона и Шредннгера ( з последнем использовалось приближение эффективной массы [17*].)

В описанном расчете использовались параметры, значения которых для наших образцов известны с точностью 10-20% (расстояние Ь от поверхности баАз до середины "б"-слоя, концентрация N примесей в "б"-слое,высота барьера Фэ). Ширина легированного слоя рассматривалась как подгоночный параметр, который варьировался до совпадения расчетных и экспериментальных кривых пЛЧ)

соответствующих концентраций п.=1,1'5 п -

3 !■> -р V

Для этого образца =5,35 *10~см и /

Ц!--1-1-1-1.

0 гж М0 №

рис. 21

Результаты самосогласованного расчета профиля потенциала (толстая сплошная линия ), энергетических уровней двумерных

подзон Е0 и (штриховые линии ) и профилей электронной плотности в подзонах (тонкие сплошные линии) для ЗаАэ с одним "б"-слоем (У=0). Е=0 - положение уровня Ферми в СаАз.

Результаты самосогласованного расчета для структуры с одним "б"-слоем показаны сплошными линиями на рис. 19. На рис.21 приведены профили потенциала и электронной плотности,а также энергии двумерных подзон для У=0 мВ. Основные параметры, использованные при расчете: Ь=220Д , дЬ=50А, N=6,0*10 см"2,концентрация акцепторов в БаАз \\й =2*101? см"3, ®з=0,9 эВ, Т=4,2К

Как видно из рис. 19 и 21 расчет показывает заполнение двух подзон ДЭГ в образце 1, что согласуется с данными магнитот-ранспортных измерений (рис.19) и туннельной спектроскопии (рис.20), где стрелками отмечены ожидаемые согласно расчету положения двумерных подзон.

Перейдем теперь к анализу подвижности ДЭГ в образце 1 от V. Если исходить из критерия ¿( ^с - циклотронная частота,

Т1время релаксации импульса) для появления квантовых осцилляция на зависимости/хх (В),то^ * 2000 см^/В^с , а/Ч? <700 смг/В*с

Известно что для системы, проводимость которой определяется двумя подзонами с различными подвижностями, имеют место соотношения:

Результаты вычислений =Г(У) при известных значениях

Пу ,п^,п0 и приведены на рис.22

0бра1щет на себя внимание значительный рост/^ при небольшом увеличении полной концентрации ДЭГ п= по+ п^, а также немонотонность /% (V) и /^(У).

Наблюдаемый характер изменения^ (V) и ^ (V) объясняется конкурирующим влиянием эффектов экранировки заряженных центров носителями и межподзонным рассеянием. Действительно уровень Ег (рис.24) оказывается достаточно близким к уровню Ферми в области насыщения/^ (У),у^(У) и межподзонное рассеяние с участием этой подзоны может проявиться в транспортных свой-

(15)

¿о= е (п0Д+ п^)

ствах ДЭГ. Кроме того, следует учитывать также л эффект пространственного разделения носителей и заряженных доноров при приложении внешнего электрического поля.

-¿1?с/

0 Ж

рис. 22

Зависимости от V (или концентрации ДЭГ п= пс+ п^.Еерхняя шкала) подвижностей (расчет по формулам (18) из экспериментальных данных для образца 1). Штриховыми линиями показаны результаты самосогласованного расчета энергий двумерных подзон (кривая 0-Ео,1-Е^ и 2-Е2 ) при различных напряжениях V. Стечет энергий от уровня Ферми в баАз (итрих-пункторная линия).

Результаты самосогласованного расчета хода потенциала и структуры двумерны:-: подгон для СаАг с двумя "б"-слоями представлены на рис. 23

¿¿¿V Ш

I I-1-.-

' ' 4—<1_К

гса № т

и

рис. 23

Результаты самосогласованного расчета хода потенциала энергий

двумерных подзон и электронной плотности для БаАз .с ДЕумя

о о о -2,

"б"-слоями (Л Ь=50 А, Ц =200 А,Цз =500 А, N=--7,47*10 см )

а) Зависимость потенциальной энергии от координаты Ь в направлении, перпендикулярном плоскостям "б"-слоев. Ь = 0 на поверхности БаАз. Пунктирными линиями показаны уровни энергии подзон (заполнение подзон см. в табл.V)

б) Распределение электронной плотности в подзонах от I. Кривая 1-первая (нижняя по энергии) заполненная подгона, 2-вторая, 3-суммарная плотность электронов для остальных четырех подзон.

Видно, что в такой структуре возникает единая система двумерных подзон, причем подвижные носители в основном сосредотачиваются в окрестности "б"-слоя более далекого от поверхности (ЗаАз.

Значения концентрации в подзонах, приведенные в табл. V находятся в удовлетворительном согласии с экспериментальными значениями для подзон, которые удалось наблюдать в ОШдГ в нашем

диапазоне магнитных полей.

Табл. V. лснцентрация электронов в двумерных подзонах для структуры с двумя "б"-легпрованнымп сложил.

12 (10 см" ) теория эксперимент

П О 4,16 ----

п > 2,83 ----

1,94 ----

п 3 1,04 1.05

п 4 0,75 0,52

г' 5 0,23 0. 25

Оценка на основе полученных данных вклада верхних подэон с выоокой подеилнсстью в полную проводимость структуры с двумя "б"-слсями показывает, что он значительно возрастает и составляет - 60?. по сравнению со структурой с одним "б"-слоем (—25%)

Наблюдавшийся нами эффект увеличения проводимости 2Д-кана-ла в случае "взаимодействующих "б"-слсев был использован для создания полевого транзистора. С этой целью изготовлялись стру-

ктгсы е пятью "б"-слоями. Расстояние между "б"-слоями равня-о

лссь 275 А. Уровень легирования^лсев от поверхности был сле-

ду:-:дирг перркй -"С'-длоЛ - 2*10 см41 и далее по порядку 4*10 , 11 _12 _ 12 . 1.5*1'_' и . Такое, распределение концентрации было

с с;. словлено тс-гбогллнем к величине пробойного напряжения между затвором и истоком!.'стоком) транзистор*. Экспериментальный профиль распределения носителей, полученный на сснове С-У измерений и спектров ЕИМО виден на рис.24

Кз графике з) не проявился первый "б"-слой, что связано, по- видимому, с эффектом обеднения ОП2 поверхностны:-: состояний.

ЗАХ полевого транзистора с затвором Шотткл на основе таких зтгггчсизлтых структур приведен на рис. 25

45? &

самеса 1мб4р пертн рдорн.е ю-чая-э2 Ше : 0021021 5ах.р1е : # С-5Н

50 рис. 24

100

150

Г,ЗГ|ВГ.(ПЕГБ

200

Профиль концентрации носителей в структуре с пятью "б -слоями: и»

а) полученный С-У - измерений; б) ив масс - спектра вторичных ионов

*

- ¿¡г

—С

2'г

-а /л

V

рис. 25

ЕАХ ПТ на структуре с одним "б"-слоем (а) и с 5-ю (б)

Максимальная статическая крутизна имела значения 250-400 МЪ/мм (Т=300К) при длине затвора 1мкм, что является рекордным значением для ПТ на баАз. В качестве сравнения на этом же рисунке приведена БАХ ПТ с одним "б"-слоем в канале, изготовленного в тех условиях, который имеет существенно более низкое значение рт - 220 Мс/мм.

Глк г.зкдзкЕЕг.г результаты экспериментов технология "б"-ле-гпро-лнпл имеет существенные преимущества перед объемным легированием щпрокезонного материала в ГС. Оно заключается в возможности получен;::: более высоких значений легирующей примеси, что увеличивает концентрацию носителей в 2Д-газе при тех же значениях толщины спейсер-слоя и их подвижность.

На рис. 25 изображены зависимости/"-^Г(<а^).Т= 7?К толщина спейсера) для ГС с однородным легированием

(графики 2 н 4) и с "б"-легированным А10г5Ба^Аз

(1',3)

Условия изготовления ГС были одинаковые (за исключением способа легирования А^^Оа^Аз:

Тд = 610 С, ¿5^=0,8мкм, 0^6^=550 А, й' (толщина верхнего не легированного слоя БаАз ) = 200 А. Кон^нтрация легирующей примеси в А1, г&а^гз Аз имела значения 8*10* см3, а в "б"-слое-

8*11

см

я

/О'

¿з *о гз ез /зз яз рис. 26

Как видно из графиков, проводимость гетероструктурного канала ("п^д*/!^ ) выше у ГС с "б"-легированием при тех же значениях <3з . Это обуславливает и более высокие значения приборных характеристик ИТ (Ьз - 1,0мкм, с!^ = 30 А ), изготовленных на ГС с

"б"-легированным А1БаАъ, ла котором были получена =220 и 350 153/12.1 по сравнений со 140 и 250 длл Ш с однзрод:голс-

гированньа.1 ¡зирскозоннкм материалом. Приведеинь.;- зиьч^ния относятся I*. Т»зк=300 и 77К, соответственно.

2. 6 Резонансное туннелирование электронов в структурах

Эффект резонансного туннелирозанпя в гетероструктура:: с квантовыми потенциальными ямами [1Ы, нзход!гг Есе большее применение в приборах СВЧ-, ИК- и цифровой электронгки, обладающих чрезвычайно высоким быстродействием, малой потребляемой мощностью и широкими функциональными возможностями. [6*].

В настоящее время для практической реализации туннель-но-резонансных структур (ТРС) МЛЭ является напоолее перспектиз-ной технологией, поскольку толщины ыонокрпсталлических слоев г активной части ТРС должны быть сравнимы с длиной волны де Броп-ля носителей заряда ( в нашем случае электронов ) Л = Т* /т*'/, где у-скорость носителей, а остальные символы имеют общепринятое значение. С позиций волновой механики эффект туннзльког г резонанса обусловлен интерференцией электронных волн, отражения от границ слоев, что приводит к резонансным осцилляции тока, протекающего поперек слоев и появления кь ЕМ участков с отрицательным сопротивлением.

Поскольку характерные времена процесса ^ссмпрования ЕЛ" ограничиваются снизу временем туннелирования 'с злектронов,движущихся с тепловой скоростью %'г ~ £>*10' см/с, при тол_;ше слоев Ь < Ю^см, получаем "с = <

Строго дискретными резонансные эксргетичэс!:;-- уровни е яь-» являются лишь в идеальном случае бесконечно тол-тых барьеров, исключающих "утечку" электронов из ямы, а так жг при отсутствии их рассеяния внутри ямы и на ее границах. Если барьеры имеют конечную тосцшу, то волновая функции Электрона к- полностью ло-

с квантовыми ямами и его применение в приборах

калиэована внутри ямы, а "размазана" по всему пространству. Это соответствует уширению резонансных уровней, которые в результате становятся метастабильными, т. е. время жизни электрона на п-м уровне Тп оказывается конечным. Естественная ширина уровня Г„ связана с "с^ соотношением неопределенностей Гп= Ь/'Сп и обе эти величины экспоненциально зависят от толщины и высоты барьеров, а также от ширины ямы (а), определяющей энергию резонансного уровня относительно ее дна. Для ГС А1взБа^гАз/БзАз/ А^3ВааГАз с а = 5нМ характерные значения с^ и Г^ (для нижнего резонансного уровня) приведены в табл VI.

Таблица VI.

Ь,нм толщина барьера

Г±, мэВ

5*10

4*10

3,5*10

ю-'5

15

1,3*10 0,15 1,76 603

-3.

Уширение уровней вызывается также рассеянием электронов в структуре, которое нарушает когерентность электронных волн и условия их интерференции. Соответствующая ширина уровня где - 77 время свободного пробега (релаксации) электрона, которое определяется всеми процессами, нарушающими когерентность волновых функций, включая механизмы рассеяния как внутри слоев, так и на границах. Оно возрастает с уменьшением концентрации дефектов и примесей в структуре, а также с понижением температуры. Для нелегированного баАз значения 77р и Гр приведены в табл VII

Таблица VII

ТД с Г^ ,ыэЕ

~77>>10"12 0,1

200 10~12 ~ 0,67

-£3

300 3*10 ~ 2

V- 1 1 ч

Полная ширина уровня Г = Гр = п(<£ + ^ ) Поскольку проницаемость барьеров сильно (экспоненциально) зависит от толщины и высоты барьеров, небольшое различие этих параметров может привести к резкому падению резонансного тока, независимо от того, уменьшается или увеличивается проницаемость одного из барьеров.по сравнению с другим. Флуктуации толщины и состава барьерных слоев вызывают, кроме того, флуктуации энергии резонансных уровней в различных участках ямы, что также уменьшает резонансный ток. Поэтому требования высокой идентичности и однородности барьерных слоев, а также качества гетерограниц является основным при изготовлении резонансно туннельных гетерост-руктур и приборов на их основе.

Таким образом, из изложенного следует, что для практической реализации рассматриваемого эффекта прослеживается следующая тенденция в выборе параметров структуры для туннельного-резонансного диода (РТД).

Очевидно, что высота барьера должна быть максимальной и в нашем случае обуславливает выбор в качестве барьерного материала А1Аз. При оптимизации толщины барьеров необходимо учитывать конкурирующие факторы. С уменьшением толщины барьера наблюдается увеличение резонансного тока ^(положительный эффект) и увеличение фонового нерезонансного тока (отрицательный эффект) ,обусловленного процессами нерезонансного туннелирования и токами утечки ( например,по переферии мезаструктуры). При этом отношение ^^ на участке ОДС резко'падает( рис. 27)

«с

4 !0 70 50

40 ¡3 гз ю

77 я

/ Л 4 о/в)

рис. 27

Типичные ЕАа ТРД, изготовленных в настоящей.работе, при различных температурах измерения.

'^/З* и 2,7 пр1! 11 77К,соответственно

Анализы экспериментальных зависимостей на рис.28 Зргс'у позволяют определить оптимальное значение

Ь

1,з 2,02,55.0 3, ни

1,51,0153,0 В, мм

рис. 28

Зависимость и от толщины потенциального барьера в ТБС на основе (ЗаАз/АШаАз.

При практической реализации эффекта туннельного резонанса важную роль играет состав спейсер-слоя, который являясь чзстьга основного барьера оказывает существенное влияние на механизм туннелирования и, во-ЕТорых, является барьером для диффузии

примзсей из легированных слоев, которые необходимы для создания омических контактов. Б настоящее время, ввиду отсутствия количественных расчетов состав прибарьерных структур оптимизировался экспериментально.

Двухбарьерная гетероструктура (ДБГС), вырагцэнная методом ШЕЭ на подложке диаметром 60 мм образовывалась следующей последовательностью слоев: (ЗаАв полуигодируюшая подложка -г\+6аАз

(в ' < -3

(концентрация доноров Ш убывает линейно с 2*10 до 2*10 см. <1=60нм) - х-!ЗаАБ,с1 = 14нм - 1-А1Аз,с1 = 2нм(барьерный слой) -1-(ЗаАз,сЗ = 4,5нм (потенциальная яма)-1-А1Аз (барьерный слой)-1-6аАз,с1 =14нм -п+ЗаАэ (N(1 лвдейно возрастает с 2*10 до 2*10 см^ d=6нм) -п-КЗаАБ.Ш = 2*10*™, d= 1,5мкм. (рис. 29)

—&

ЛиШг-М с>,им

ВаМ

СаАЗ

210"-2-10'3

1500 ео 2 2

<,5 ео

гю13

{• поЗл опека.

В&Лз

ряс. 29

Разрез ТРД в планарном варианте.

О

. с

I

рис.30

А_ зшгз»

лог)

Критерием совершенства гетеропереходов служили параметры спектров фотолюминисенции (рис.30), а также электрофизические характеристики гетероструктур с двумерным электронным газом,еы-ращенных при анологпчных технологических условиях, у которых подвижность электронов при Т=4,2К имела значения > 5*10 см^/Вс

На изготовленных ДБГС с помощью фотолитографии формироЕа-

2

лись мезаструктуры плошдцью 10*10мкм . Омические контакты формировались на основе сплава АиБеЛи, путем ежигэния импульсами некогерентного излучения галогенных ламп накаливания.

Использование полуизолирующих подложек для изготовления ТРД позволяет реализовать планарный вариант технологии формирования диодов и тем самым является базой для создания ИС на основе многоуровневой логики с большой степенью интеграции. Однако, для достижения предельных частотных характеристик в дискретных приборах, по-видимому, перспективнее высоколегированные подложки, вследствип уменьшения индуктивности металлической разводки при использовании обратной стороны подложки в качестве второго контакта.

2.7. Гетероструктуры для полевых транзисторов/Э, 34-42/'

В настоящее Еремя НЕМТ является наиболее перспективной элементной базой для цифровых (логических) ИС и СВЧ приборов. На рис. 31 приведены сравнительные характеристики различных приборов, из которых видно, что за исключением приборов, основанных на эффекте Джозефсона (которые в силу технологических трудностей их изготовления не выдерживают конкуренции) НЕМТ занимает ведущее место по быстродействию и малому энергопотреблению.

(а

£

I

ъ

/о*

гжозеф. лглт \ тг/с

/0*

/О*

привлекает также которая практи-

/0* /О'3

рис. 31

Энергетическая диаграмма элементной базы ИС.

Помимо потенциальных возможностей НЕМГ довольно простой технологией его изготовления, чески заимствована из технологии полевых транзисторов с затвором Шоттки на объемнолегированных слоях (ЗаАз.

Основой исходной структуры для НЕМГ служит гетеропереход с двумерным электронным (дырочным) газом, который является уникальным объектом для использования его в качестве канала полевого транзистора. ^Высокие значения подвижности и концентрации в тонком слое (~100А ), способствуют существенному улучшению приборных характеристик. Эти факторы приобретают особое значение при переходе в субмикронную область топологических размеров в связи с эффектом короткого канала.

Однако, несмотря на то, что в основе функционирования НЕМГ лежат физические принципы ГС с 2Д-электронным газом,для реализации преимуществ ГС в транзисторных характеристиках необходима оптимизация как параметров слоев в ГС, так и их последовательности.

Для изготовления НЕМГ использовалась структура, схематически изображенная на рис. 32.

а.

п» СаЛ» <{-5са+/оооя

Л^^Со,.^ с/=Зо<н бсод

спайселэ * 30 У "

/еЪ-гоз

СЪЛР п/н (/00)

рис. 32.

а- исходная ГС для НЕМГ, б- основные элементы НЕШ1.

На том же рисунке в части "б" изображены основные элементы

НЕМГ.

Известно,что одна из основных характеристик полевого транзистора крутизна ( определяется выражением:

9 -я'к

~ _ , (16)

где п^ -концентрация носителей в канале,

Ун - дрейфовая скорость насьщэния носителей, - длина затвора

Значение Ун в гетероканале транзистора бьшэ, чем в объемно-легированном канале в 1,3 - 1,5 раза,но довольно слабо зависит от величины низкополевой подвижности. Ьз - геометрический пара-мэтр, который задается только топологией транзистора.

Значение г^, как угз обсуждалось з разделе 2.3, определи-

ется тощиной "спейсер" - слоя и уровнем легирования широкозонного материала. Предельный уровень легирования твердого растЕО-ра Al^Ga^As -10 см"? Используя экспериментальную зависимость

=f(dS')Ha рис. 13(раздел 2.3), где d^-тощнна "спейсер"-слоя мы определили максимальную проводимость канала гц * ) которая соответствует d^=10 - 30 А. В этом случае достигается значение п^-Ю см" ,что соответствует величине близкой к теоретическому значению заполнения потенциальной ямы на гетерограни-це.

Одним из факторов, уменьшающих ^транзистора является наличие дополнительных проводящих каналов в структуре HEMI. Возникновение этих шунтирующих прослоек может быть обусловлено низким качеством буферного слоя ( способы увеличения сопротивления буферного слоя описаны в разделе 2.3)

Еторым важным фактором, определяющим величину эффекта управления в НЕМГ, является толщина (d0) слоя N+- AbGa^As (при

18-3 * 1

фиксированном уровне легирования «1*10 см ). Если d0 мало, то •носителей в широкозонном материале недостаточно для полного заполнения потенциальной ямы, а если велико - часть носителей, не перешедших в потенциальную яму,обеспечивают шунтирующую проводимость в слое Al^Ga^x As.

Выбор конкретного значения толщины слоя широкозонного материала в ГС определяется типом изготавливаемого транзистора и величиной порогового напряжения (Vn). Экспериментально измеренные значения d0 =300 - 400 А - для нормально-закрытого и 450-600 А для нормально-открытого вариантов,что согласуется с результатами вычислений работы [18*] (см. рис. 33)

я,(Юсл~г)

рис.33

gapxjmñ слой n+ -G$As с предельны,! уровнем легирования (- 5*101 см ")(см. рис. 32) обеспечивает возможность создания низ-коонннх нэвипрямляющих контактов и его экспериментально подобранная толщина ( 300- 1500 % ) определяется конкретными технологическими ре.жимами формирования омичестх контактов и затво-

1 о

ра. Типичное значение Rft при толщине (d^*) п - слоя 500 А ранилось 0,2 - 0,5 Ом/им (Ск на основе Au - Ge/Ni ) (рис. 34)'

Ю 0,3 Q6 Ой Ü2

\

Ч

\

,-7-4—?-

450

500 /ZSO

рис. 34

Зависимость сопротивления Кк от толщины n GaAs в Гс для НЕМГ. Влияние величины Rr на EElfT показано на рис. 35

€

ICO

\

i.o р,о за $

Вычисленная

рис. 35 зависимость

0^=Г(Кк) дли ЕЕ1ГТ с L, =1. 2мкм

У = 25VÍC.M, Ц,и =2,5мкм

В напей работе а состав ГС для НЕ1ГГ был введен такте нелегированный слой GaAs мелду n+ GaAs и N+A1X Ga^As, который

позволил решить проблему пре-нпзпскного области.

травления подзатворной

Экспериментальная проверка качества, таким образом оптимизированных гетероструктур, осуществлялась путем формирования приборов, в которых использовалась элементная база на основе НЕЫТ. Были изготовлены дискретные транзисторы в НО-и НЗ -вариантах, кольцевые генераторы, ячейки памяти емкостью 46, СВЧ- малошумя-щие транзисторы. Статические и динамические характеристики этих приборов приведены в таблице VIII и на рис. 36,37.

Таблица VIII

NN Тип прибора Длина Пара- Теше- Значения затвора метр ратура параметра

(мкм)

1. НЕИГ (*) н. о. вариант

2. НЕМГ

н. з. вариант

3. Кольцевой генератор на НЕМГ

4. ИС ОЗУ 4 б .на НЕ1Я

5. СВЧ НЕШ

6. Дискретный транзистр с изолированным

0,5 статическая крутизна (Мс/мм)

1,0-1,2 время задержки на вентиль (пс)

1,0-1,2 время выборки адреса (не)

0,5 коэффициент шума,дб (12Гц)

300

77

300 77

300

статическая крутизна (Мз/мм)'

300 77

300

300 77

350-400

600-700

250-300 500-600

50

30

1,1

0,8

1,1

(К 10)

50 90

затвором -канальный

7. Дискретный 2 200 10

транзкстр с

изолированным 77 20

затвором -глнальнь'й

0. Кольцевой генератор на основе КО.'.ЩЛемеН тарной пары

жннмальнзл 2С0 0,25

потребляемость

испдость

ОПТ.

ютпн.альксе 200 4UU

врет задержи на вентиль (пс)

(л) НЕШ с "б"- легированием Al* Ga^.xAs имел значения на 20 - S0X вы=э.

\Jfafi) а)

э

г-1-

+033 +0.6 .+0£

1-!—!-1—:-г"

i 2. 3

РИС. 3d

а) - 300К , б) - 77К

ц»в) ъ )

¿4'

О ь -й2

й -

+10В

5 -

-СА

-аб

г-

+аб

I •

ф

1-1—I-1 * 1-г—г

£234

* 2 З 4

рис. 37

В последние годы большое внимание разработчиков БИС привлекает идеи создания комплементарных (дополняющих) пар тран-висторов, которые хотя и уступают по быстродействию инверторам на основе только п-канальных транзисторов, но обладают неоспоримым преимуществом в связи с малым энергопотреблением, что перспективно для создания ИС с большой степенью интеграции. С атой целью разработаны аналоги кремниевых полевых МОП-транзисторов со структурой металл-диэлектрик-полупроводник, где роль диэлектрика выполняет недегированный слой АКЗаАз. Эти транзисторы имеют и ряд технологических преимуществ, заключающихся в том, что благодаря хорошему соглосованию кристаллических решеток баАз и АКЗаАз можно легко вырастить монокристалл АЮаАБ с малой концентрацией поверхностных состояний на границе раз-

10 5

дела (< 10 см Во-вторых, посколько слой А1(ЗаАз не легируется, то существенно уменьшается неоднородность распределения по поверхности порогового напряжения, а температурная зависимость этого напряжения, ввиду существенного уменьшения концентрации глубоких центров, слабая.

Для изготовления НЕМГ с изолированным затвором использовались гетероструктуры, изображенные на рис. 38

а

П~ (та Ля в=юоА

пецло*чга

¿Га

"/и (¡00)

"1 К&Нс

ш

а к."

/¿В-

лн

22)-газ

рис. 38

а) - исходные ГС для ЩЩ - транзистора;

0) - конструкция п(р-) - канального транзистора.

Поскольку исходные ГС является изолирующими, то для проведения электрофизических измерений были изготовлены в тех же технологических условиях ГС с 2Д электронным газом (с легированны?,1 слоем А1БаАз ). В процессе работы были установлены, что критерием качества исходных ГС для ЦДЛ ПТ является значение /'га > 10 см2/Вс (Т= 77К ) у контрольных ГС с 2Д - электронны?.! газ он.

сО

11

I

! Ш'' "

"Т

¡г:

, —

щ

Л. гч" Ш-^И*!,' . т1,,

. . Г'Г/ - -у.

рис. ЗЭ

изготовлены на основе сплава Аи-1п-Ш, а в случае п-канального -Аи^Бе-Ык Ионное легирование через маску затвора п+- и р+-областей осуществлялось 51 и соответственно. В качестве материала затвора использовался V.

На рис.39 приведены ВАХ п-канального транзистора при Т-ЗООК(а) и 77К(б), а на рис.40 -ВАХ р-канального при тех же температурах.

2. 8 Гетероэпитаксил БаАз на 51 - подложках /43-45/.

В настоящее время наблюдается повышенный интерес к гетерострук-турам "(ЗаАз на 51 " благодаря следующим перспективным достоинствам этой системы С19*-22*]:

- лучшая теплопроводность и механическая прочность 51 подложек,

- возможность объединения на одной подложке оптоэлектронных приборов на основе ВаАз с кремниевыми КС обработки сигнала,

- экономическая целесообразность применения 51-подложек, обусловленная их низкой стоимостью и возможностью перехода на подложки

- 65 -

jilOQ-lEO 1Я, tiro з случае ОаЛз очень проблематично.

Одгасо, пэ смотря на перспективность системы "GaAs на Si" практическая оэ реализация встречает большие трудности, обусловленные 7:зобход!Г.зстга согласования на гетерогранице кристаллических решеток Е^Лз и Si, псстслппыэ :иторых отличается более чем на 4Z (Г., v^O.ESShM, = 0,543н!1 ), и связанные с антифазным разупорядо-

гэтсрсэ лзллетсл следствием роста полярного кристалла на ""ГО ""^"С*?.

Б сзпзп с """более ответственным этапом роста эшгтаксиальных сгаэз ВоЛз Si подлол-лх является формирование переходного слоя, отздотгрс.~?..ггг?го псро."*ллн1:<? дислокаций, антифазных деффзктоз и кото-pir'i го'гпгпсггртот г?2ал:г-гес!0!9 напрл.глнкя, возникаете в следствии Р"3"1ч;:л гг-';-"':пг:э1!топ тзршгсесиого расширения GaAs и Si . С этой г,"5.тьэ з :гач?сгЕЭ переходного слоя используют твердые раствора с пэрэ'гкпгкч составом и, соответственно, с переменны?! значением пссгслпьо;! ганстадлической решетки, изменение технологических реки-"оп роста, свзрхрзшеткл с напряженными слоями. С22а]

Способу "подгллекия" дислокаций с использованием разнородных по атпогошп) к GaAs материалов показал:! достаточную эффективность. 0™::"ул fn использование встречает большие трудности из-за высокой "рзцггзпсшюст:! процессов создания CP и использования дополнительных :~:г2р::аг.о?. "i реакторе установи! !'ЛЭ.

3 üivjrcnrni tz~Zc¡"D С:и ¡лди^пцнрспан более перспективный с точки т^::::с!лог:1'":остн " двухступенчатк-й рост" [24*]. 3 rio:: слу.*г»з г.л пзргсм этапе рсста подлоггл Si поддерживается г:г*1 пг."::;':э:.'но:'; тс-кгзрагур-з (г -Í00 еС ) :: vop: жируется частично разупо-r':r.3'.""::r:слсЛ С.:.'л то.тгп:сй 2СО-1СС-Э X Затем полло?ка нагревается :о сггл.-'рт^сЛ тзмл-ратл-'^ОО"С и пролэдлтся рост второго, активного с."-.агодзря ".-.ст::ч::с?г/ разупорядсчоиио, переходный слой

гсг-:::*-э ср:сч :з гг.споло.-.;-я:п! атсмоз пленки и подложи, ::r;:i ргссог."-:"?кис< па одну пссто.чянуя решетки.

3 подло;.-wi ::лг.ст::::н Si КДЕ-10 (100) ра-

:;а Ггсцеду^а ::одгото2<*л подлог-к:: Si состояла

' " утссе:?пл \чччегодосод:р;'"~::: зг-грлзкеннй с помопзю фресна

-г.. ': ib.-.O;: H-Oi; Н?0 (4:1:1) п а-с.ач-

' ;'íbC:í: Г-0 (i: i: - * G > трзлпт-эллх, пром^ки г депо-

"."••«гзт'с? ?.од? :: с;".,'".. з р-;?.;:гор? ::-экссрэдстз-51п:о перед

- . - 66 -проведением апитаксиального роста, подложка подвергалась термообработке. Контроль состояния поверхности при этом осуществлялся с помощью Оже-спектрометра. Исследование динамики изменения интенсивности линии кислорода в Оже-спектре поверхности Б1- подложки с увеличением температуры отжига позволило определить температуру десорбции окислов кремния (рис.41)

рис. 41

Зависимость интенсивности кислородного пика в Оже-спектре поверхности кремниевой подложки от температуры подложки. Время отжига в каждой точке 20 минут.

Интенсивность кислородного пика уменьшилась до уровня шумов эа 20 мин. при Тп = 900 С, при этом линия 1.ЧЧ кремния перемешалась по шкале энергий с 76 эВ до 91 эВ, что соответствует переходу из связанного в несвязанное с кислородом состояние атомов

Используемый метод формирования переходного слоя заключается в периодическом кратковременном понижении температуры подложки в процессе роста до Тп =350-400°С. При периоде с1 =0,1-0,15 мкм число периодов п=3-4. Скорость роста Ур = 1мкм/час. Исследования границы ге-тероструктур, выполненные с помощью метода просвечивающей электронной микроскопии показали заметное уменьшение числа дислокаций, прорастающих из переходного слоя в объем пленки по сравнению с образцами, где буферный слой формировался "двухступенчатым" способом .

На рис. 42 приведены для сравнения фотолюминесцентные спект-ры(при Т=77 К ) эпитаксиальных слоев "Ба Ав на БаАБ" и "БаАБ на 51".

lomt.y.

- 67 -

lumuf.

T-mr

J

в)

ш/0

f)

№

m м w tst «»

M m fit Aim

рис. 42

Спектры Ф/д : a -"GaAs на GaAs"

б - " GaAs на Si" На обоих образцах наблюдался достаточно высокий уровень фотолюми-нисцентного излучения, однако на гетероэпитаксиальных образцах он был на порядок ниже и имел большую полуширину.

Электрофизические исследования гомо- и гетероэпитаксиальных структур, легированных кремнием до равных концентраций, также указывают на более высокий уровень дефектности гетероэпитаксиальных слоев (табл. IX)

Табл. Д

Образец f см2/ Ее

( Т = 30DK ) п. см"

17

"GaAs на Si" 2200 2,3*10

"GaAs на GaAs" 3000 5*10iT

Проведенный количественный анализ дефектности этих образцов

методом селективного травления поверхности показал, что по уровню

4 5-2

плотности дислокаций( N=10 - 10 см ) они сравнимы со структурами, в которых переходной слой формировался на основе сверхрепеток, и существенно отличаются от образцов с 'переходным слоем, изготовленном

5* (э

"двухступенчатым" способом (Ы = 10 - 10 см ).

С целью дальнейшего исследования пригодности полученного материала для ИС, были изготовлены эпитаксиальные структуры с активным слоем под канал полевого транзистора (ГГГШ) с толщиной =0,25мкм

лг "X

и уровнем легирования (п = 5*10 см.

ВАХ ШШ на ГС "ОаАз на Б!" пр1шедены на рис.43. Из графиков следует,что значения^ соответствуют крутизне ПТШ на эпитаксиальных слоях "(ЗаАз на (ЗаЛг". Однако, из характера кривых можно сделать вывод о повышенных токах утечки, что ставит проблему изоляции активных слоев от 51- подложки.

рис. 43

III. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

В ходе выполнения комплекса исследований автором осуществлены теоретическое обобщение и экспериментальная разработка научного направления, имеющего важное значение как для решения фундаментальных физических проблем малоразмерных квантовых систем, так и для решения народнохозяйственных задач, связанных с созданием новых полупроводниковых материалов на основе гете-роструктур и принципиально новой сверхскоростной элементной базы приборов микро-и оптоэлектроникн. * При решении этой основной

- 69 -

задачи в работе получены следующие результаты:

1. На основе кинетического метода описан неравновесный процесс гетерогенной реакции синтеза соединений А^Вб на примере баАэ в МЛЭ. Учет вероятностного характера элементарного акта адсорбции молекулы Аэд путем введения в рассмотрение набора энергетических состояний отличающихся различной пространственной ганфигурацией адсорбированной молекулы мышьяка позеолил предлогаггь обоснованный механизм зависимости условий образования объемных деффектов (вакансий в Ва-подрешетке) от скорости элементарных актов, происходящих на поверхности растущего кристалла.

Результаты проведенного математического моделирования этого процесса на основе метода Ыонте - Карло находятся в хорошем согласии с наблюдавшейся экспериментальной зависимостью /' /Р^д ) и имеющимися в литературе аналогичными зави-

симостями других физических параметров эпитаксиальных структур и характеристик приборов изготовленных на их основе, что позволяет сделать предположение об универсальности предложенного механизма.

2. В результате комплексного анализа процесса МЛЭ и физико-химических свойств эпитаксиальных слоев ВаАз, А1у Ба^Ая

и гетероструктур разработаны требования к исходным конструкционны; { материалам, а также к технологическому оборудованию, и на этой основе впервые в нашей стране реализована базовая технология МЛЭ гетероструктур.

3. Установлены закономерности эпитаксиалыюго роста слоев и гетероструктур в зависимости от температуры и скорости роста, плотности молекулярных потоков, величины мольной доли х в твердом растворе А1^Ба^Аз, толщины и уровня легирования слоев, а также от величины давления водорода в реакторе синтеза. Полученные результаты доведены до практических рекомендаций и позволяют провести оптимизацию параметров процесса МЛЭ с целью получения гетероструктур с высокими электрофизическими характери-стнкамн(^^р10 см /Ее) и контролируем! изменением концентрации и подвижности носителей в 2-Д канале.

4. Разработаны критерии к параметрам гетероструктур для быстродействующих приборов на их основе. В качестве элементной базы для быстродействующих цифровых ИС был создан и исследован НЕШ в нормально-открытом и нормально-закрытом вариантах. Полученное значение статической крутизны в «> 350 - 400 Мс/мм(Т=300К) при Ц= 0,5 мкм является рекордным для данной длины затвора. Испытания в режиме МШУ дали значения 1,0еб при К^, >10^6 на Т = 12Ггц.

Разработаны и исследованы фрагменты статического ОЗУ с временем выборки адреса 0,8 Не.

Также разработаны гетероструктуры для полевого транзистора с изолированным затвором, на которых реализована элементная база на основе комплементарной пары (р- и п- канальные транзисторы) и фрагменты ИС на их основе.

5. Высокие параметры двумерного электронного газа в разработанных ГС позволяют использовать их для решения задач метрологии в качестве эталона сопротивления на основе квантового эффекта Холла с точностью воспроизведения квантового холловского сопротивления „<10

Созданный на этом принципе впервые в СССР эталон сопротивления, является основным элементом Государственной Установки Высшей Точности по воспроизведению единицы электрического сопротивления государственного эталона Ома традиционного типа ( ЕНИЮе, 1989г.)

6. Помимо гетероструктур с 2Д- электронным и дырочным газом разработана технология гетероструктур с квантовыми "ямами" для приборов на принципе туннельного резонанса и модуляторов света на основе квантово-размерного Шгарк-эффекта.

ференциального сопротивления (туннельно-резонансного диода) высоты и ширины потенциальных буферов, а также прибарьерных областей, которые играют существенную роль в транспорте носителей через квантовую структуру.

В спектре поглощения структур с числом "ям" 100 продемонстрированы, экситонные пики и ярко выраженный их сдвиг и уши-

Изучено влияние на отношение

области отрицательного диф-

рение под влиянием приложенного электрического поля, что позволяет использовать их для эффективных модуляторов света.

7. Предложи и реализован новый способ согласования кристаллических решеток в "GaAs на Si" на основе чередования "низко-и высокотемпературных" слоев G$As в процессе изготовления буферного слоя. Проведенные прямые наблюдения гетерограницы методом просвечивающей микроскопии показали эффективность "перехвата" дислокаций аморфизированнымн прослойками.

■Исследованы электрофизические парамметры легированных эпи-таксиальных структур "GaAs на Si" и характеристики полевых транзисторов, изготовленных на их основе.

8. Разработана технология и исследованы свойства 2Д-электрон-ного газа в "б"-легированных слоях. Проведены магннтнот-ранспортные исследования при гелиевых температурах ка двух типах структур: с одним "б"-легированны),1 слоем(30 и с двумя "б"-слсяки вблизи поверхности эпитаксиального слоя GaAs.

Для образца с одним "б"-слоем измерены туннельные спектры л зависимости подвижности и концентрации двумерного электронного газа от напряжения на затворе. Данные хорошо согласуются с результатами самосогласованных расчетов энергий и заполнения подзон в потенциальной квантовой яме для ширины "б"-слоя ¿L=50A, а изменение подвижности в подзонах от концентрации п ДЭГ позволяет сделать вывод о проявлении эффектов межподзонного рассеяния. Обноружено, что скорость роста с гц подвижностив возбужденной подзоне ПКЯ значительно превышает скорость измерения /^(nj. Такое поведение можно связать с уселенкем (при возрастании V) пространственного разделения подвижных электронов возбужденной подзоны и ионизованных примесей "б"-слоя, что характерно для ассиметричных ПКЯ "б"-слоев. Данные для структур с двумя "б"-слоями качественно подтверждают этот вывод.

Обнаруженные особенности в поведении ft (ry) указывают на существенные отличия в транспортных свойствах ДЭГ в ПКЯ "б"-слоях по сравнению с гетероструктурами. В частности, это проявляется в большей эффективности управления проводимостью канала с ДЭГ в полевых транзисторах.

- 72 -

Список цитированной литературы.

1*. Zh. I. Alferov. Czech. J. Phys. В, v. 30, N3, p. p. 245-261,1980

2*. H. Mrkoc in The Technology and Physics of Molecular Beam Epitaxy, Ed. E. H. C. Parker,Plenum Press p. p. 143-284,1985.

•3*. F. Capasso, K. Mohammed, and A. Y. Cho. IEEE G. Quantum Electronics QE, v.22,pl853, 1986.

4*. K. von Klitzing, G. Dorda, and M. Pepper. Phys. Rev. Lett, v. 45, p. 494, 1980.

5*. A. C.English, H. L. Gossard, N. Stormer, and K. W. Baldwin. Appl. Phys. Lett. v. 50, N25, p. 22, 1987.

6*. А. С. Тагер. Электронная техника. Серия электроника СЕЧ. вып. 2(406), стр. 17-33, 1988г.

7*. E.F.Schubert. J. Vac. Sci. Technol. ,A8(3) p. p. 2980-2994, 1990.

8*. A. Y. Cho. J. Vac. Sci. Technol., v. 16, p. 275, 1979.

9*. С. T. Foxon, B. A. Joyce. Surf. Sci. v. 64, p293,1977.

10*. J. R. Arthur. Surf. Sci. v. 43, p. p 449-461, 1974.

11*. EE Песков. Математическое моделирование, т. 2,N7, 1990г.

12*. С. Amono, A.Shibukawa, К. Ando, MYamaguchi. Electronics Letters, 16-th February, v. 20,N4, p. p. 174-175, 1964.

13*. R. Kohrbruck, S. Munnix, D. Bimberg, E. C. Larkins, and J.S.Harris. J. Appl. Phys. Lett. , 54(7), 13 February, p.p. 623-625, 1989.

14*. Т.Hayakawa, K.Takahashi, Т. Suyama, M. Kondo, S. Yaniamoto, and T. Hijikata. Appl. Phys. Lett. 52(4), 25 January, p.p. 252-254, 1988.

15*. M. J. Nathan. Solid-State Electronics. v.29,N2, p.p. 167-172, 1986.

16*. P.M. Koenraad et al. Semicond. Sci. Tchnol. v. 5, p.p. 861-866, 1990.

17*. Ю. А. Ржанов, В. А. Кокин. Тезисы докладов Международного семинара "Моделирование приборов и технологий в микроэлектронике. " стр.24, 24-27 июня, 1990г., г.Новосибирск.

18*. R. Tsu, and L. Esaki. Арр. Phys. Lett. v. 22, p. 562,1973.

19*. G. Holz and Ch. Schnittler. Phys. stat. sol. (a) v. 97, p. 635,1986.

20*. H. K. Choi, et. al. IEEE Elect. Dev. EDL - 5, p. 207,1984.

21*. R.Fischer, et. al Elect. Lett., v. 20, p. 945, 1984

22*. R. Fischer, et.al. Appl. Phys. Lett. , v. 47, p. 397,1985.

23*. Т. H. Vindhorn, et. al. Appl. Phys. Lett. , v. 47, p. 1031,1985

24*. Ш К Гуляев, Г. Г. Дворянкин. ЖГФ, т.12, стр.364, 1988г.

25*. MAkiyama. Abstr. of 18-th Intern. Conf. Tokyo, p.113,1986.

СПИСОК ВКЛЮЧЕННЫХ В ДИССЕРТАЦИЮ РАБОТ

1. Научно-технический отчет по НИР "Интерьер", Москва,

НИИИЭ, 1989г. " Раэра(5отка макета установки для проведения исследования полупроводниковых эпитаксиальных слоев и гетероструктур методов фотолюминисценции и фотопроводимости. " Научный руководитель Медведев Б. К.

2. Научно-технический отчет по НИР "Иволга-3", Москва,

НИИМЭ, 1989г. " Разработка и исследование эпитаксиальных гетероструктур с двумерным электронным газом и многослойных структур 060 - 76 мм методом МЛЭ для скоростных ИС." Научный руководитель Медведев Б. К.

3. С. МЧудинов, В. А. Кульбачинский, Дж. Ыанчини, Б. К Медведев Д.Ю. Родичев, ФГП, т. 24, вып. 11, 1905-1910, 1990г.

4. В. Э. Каминский, Б. К. Медведев, В. Г. Мокеров, В. И. Смирнов. "Элементная база интегральных схем на гетероструктурах."

Тезисы докладов. Москва, 17-19 апр. 1983г., стр.35 Всесоюзная конференция - Современые проблемы информатики, вычислительной техники и автоматизации.

5. Научно-технический отчет по НИР "Инстинкт - 1ГП", Москва, НИИМЭ,1988г. " Исследование и разрабока БИС ОЗУ емкостью 1-4К на основе гетероструктурных полевых транзисторов с высокой подвижностью электронов с =1 - 2нс."

Научный руководитель Медведев Б. К.

6. Б. К. Медведев, В. Г. Мокеров, Ю. В. Слепнев.

"Молекулярно-лучевая эпитаксия гетероструктур GaAs - AlGaAs" Тезисы докладов VII Международной конференции по микроэлектронике. т. II, Технология микроэлектроники. 16-18 октября, г. Кишинев, 1990г.

7. ОКР "Инженер - Т", Москва, И», 1989г.

" Разработка н изготовление ростового модуля для Ш1Э. " Научный руководитель Медведев Б. К.

8. Научно-технический отчет по НИР "Исчисление - М", Москва, НИИУЭ, 1984г. " Разработка элементов ИС на основе гетерсструк-тур ВаЛз/А10аАз, получаемых методом молекулярно-лучевой эпп-таксии (с временем задержи на логический вентиль менее 50Пс) Научный руководитель Искеров В. Г.

Зам. научного руководителя Медведев Е. К.

9. Б. К. Медведев, Е Г. Мэкеров, Ю. В. Слепнев.

" Гетероструктуры на основе А В для интегральных схем. " Тезисы докладов 7-ой Всесоюзной конференции по росту кристаллов. Симпозиум по молекулярно-лучевой эпитаксии. Москва, ноябрь, 1988г.

10. Научно-технический отчет по НИР "Иволга-I", Москва, НИИМЭ, 1989г.

" Исследование физико-химических процессов гетерозпитаксии арсенида галлия на кремний. " Научный руководитель Медведев Е. К.

11. Б. К. Медведев, ИД. Беленко, В. Г. Мокеров. АС Мо 1591751, заявка N0 4474851, приоритет 17 авг. ,1988г.

" Способ получения зпитаксиальных структур на основе арсенида

ГОЛ-Г"1*5! "

12. Научно-технический отчет по НИ? "Припев-Л", Москва, КИИШ, 1989г. "Создание методом молекулярно-лучевой эпитаксии гете-рсструктур для дискретных приборов. "

Научный руководитель Мскеров Е. Г. Зам. научного руководителя Медведев Б. К.

13. а Б. Ерандт, В. А. Кульбачннский, Е. А. Лукьянов, Б. К. Медведев, КГ.Покеров, С.И. Чудиков.

" Квантовый аффект Холла в гетероструктурах GaAs- Ga Al Аз с высокой ПОДВИЖНОСТЬЮ". Поверхность, т. 5, 79-83, 1988.

14. Б. К. Иэдведев, R Г. ЬЬкеров.

" Электронная подвижность слоев GaAs, получаемых ШЕ в атмосфере H . Письма в ЕГО, т. 17 в. 17,1991г.

15. ILE. Ерандт, В. А. Кульбачинский, ЕЕ. Лозовик, Б. К. Медведев, К Г. Ыокеров, Д. ¡0. Родичев, С. LL Чудиков.

" Особенности каантового эффекта Холла в гетероструктурах GaAs - Ga Al As. OIT, 31, в. 3, 73-78,1989.

16. и. В. Brandt, Y. A. Kulbachinski i, Yu. E. Lczovik, E. K. biedvedev, V. G. î.bkcrov, D. Yu. Rodichev, Yu. V. Khabarov aid S. M Chudinov. Sov. J. Low. Temp. Phys. , 14( 9), Septer.iber, 1933.

17. R И. Тальянский, ILE. Батов, Б. К. lie две дев, И-Коттнауз, IL Вассермайер, А. Виксдорф, Дж. Байсманн, В. Елап, X Никель.

18. ILE. Батов, С. А. Говорков, Б. К Шдведев, В. Г. 1Ькерсь, R IL Тальянский.

"О распределена полл в краезых ыагнито-плазменных колебаниях в 2Д-канале гетероструктуры GaAs-AlGaAs. " КГ®, т. 59 в. 8, 136-138, 1989г.

19. Б. К. 1йдведев, R Г. Шкеров, R LL Пудалов, Д. А. Рпндберг, С. Г. Семенчинский, Ю. В. Слепнев.

" Переходы между беэдпссипативкым и диссппативным состояниями на гетероструктурах GaAs-Al Ga Аз в квантовом эффекте Холла. Письма в КГФ, т. 47, в. 1, 59-61,1988г.

го. С. А. !£ IL Резников., Б. К. 1<эдвэдев, В. Г. ГЬкеров,

А. П. Сененхгп*, а П. ТальяпскпЛ.

" О G57}~carnri ¡.аппгго-пгпомэЕлых колебзниЛ (13) в двумерном злз;ггро!шсм а р;:-п:э гаантозого з.^эта Холла (КЭХ).

Енсьмз а .7ГЗ, 7.-15,3.5, 252-253 (1937г.)

21. С. IL Апохлз, ЛН-Хотельш-соа, Е. IL !!эдЕ<?дез, Е. Г. '.¿зкэроз. " Туннельная пра20д:"-.'ссть структур на основе GaAs с "б"- легированны1 а слсп!Н." Тезисы докладоз, т. Л, 1-ая Всесоюзная

ференшнт но ф::з:г-:2ск;:м основам твердотельной зл~1строн1:ки. г. Лэнштград.

22. S. P. Ar.ckhin, I.!!. Kctelnikov, В. К. !'.3dved-3v, V. G. t.bkerov.

" Tunr.olir.2 conductance cf "6"- GaAs/Al. " Fifth International Conference cn Superlatices ar.d Micrcstructures. Вэг1 in,GDR, 13-16 August, 1SS0. p. !.b-Po-5.

23. С. П. Aho:::hi, a A. Xc.-cni, IL R Котельников, Б. К. Медведев, а Г. ¡еероз, 71 А. Рисансз, Ю. а Слэпнев.

" "б"-легированное слои з припоЕерхнсстпсЛ сбласти GaAs." Тез;:сы докладов т. I. XII Всесоюзная гапфэрениия по ф;!зике по-лупроводякоэв. г. Кпэз, 23-25 октября, 1990г.

25. Б. К. L-эдведез, а Г. !Ькероз, Е а Слешгзв.

" 1Ьюгсслой!Ь'з "б"-.гэпгро"аннкэ структуры па арсениде гал-лпл для полевых транзисторов и интегральных схем " Тезисы докладов т. I. V Есесогзпая копфэрепц::.'! по Ф::з:г-:еским процессам з полупроводнпиэЕых гетероструктурах. г. Калуга, 8-11 оютбря, 1590г.

25. Я а Гуляез, Б. К. 1йдведев,а Г. Цэкероз, А. а Родионов, Я R Слепне в, С. С. 2-элев.

" Сверхскоростные интегральные cxeisi па полевых транзисторах с "б"- легированием." Тезисы докладов т. II. VII Шлдунзрод-яая конференция по иикроэлектрошпее. Технология микроэлектроники. г. Нигпнев, 16-18 октября, 1990г.

- 78 -

27. О. Е Ермакова, М. Г. Ермаков, ПИПеров, В. И. Поляков, Л. И. Рукавишников, Б. К. Медведев, В. Г. Мокеров.

"Проявления квантования носителей в фотоэлектрических характеристиках многослойных р -i - п структурах GaAs - AlGaAs. " Тезисы докладов, т. А, стр.89. I Всесоюзная конференция по твердотельной электронике, г. Ленинград,1989г.

28. Б. К. Медведев, В. Г. Мокеров, Ю. В. Слепнев, А. А. Калы;?.,

A. Р. Крюков.

" Резонансное туннелирование в диодах с двухбарьерной гетерост-руктурой на полу4изолирующей подложке." Письма в ЖТФ, т. 16,в. 20 стр.73-76, 1990.

29. В. ЕЛуцкий, Б. К. Медведев, Б. К. Шкеров, А. С. Рылин, Ю. В. Слепнев, С. С. Шмелев, В. С. Щубин.

"Резонансное туннелирование электронов в двухбарьерной структуре на основе GaAs/AlGaAs. " Письма в КГФ т. 16, в. 20, стр. 12-15,1990г. '

30. Д. В. Галченков, К М. Гродненский, И. И. Засавицкий, К. В. Старостин, Б. К Медведев, В. Г. Мокеров, Ю. В. Хабаров.

" Определение высоты потенциального барьера в гетеропереходе с двумерным электронным газом". ФГП, т.21, N8, 1522-1524, 1987г.

31. Л. А. Авдеева, Б. К. Медведев, В. Г. Мокеров, П. И. Петров,

B. И. Сергеев, Ю. В. Слепнев, А. В. Хомич

Тезисы докладов Всесоюзной совещания "Экситоны в полупроводниках" 1988г.

32. R И. Поляков, ЕЕПеров, М. Г. Ермаков, 0. Е Ермакова, Е. Г. Мокеров, Б. К Медведев.

" Фотоэлектрические характеристики многослойных р -i -п -- структур GaAs-AlGaAs с квантовыми ямами." Ф1П, т.24, в. 11, 2017-2023, 1990г.

33. О.Е Ермакова, М. Г. Ермаков; ЕКПеров, К К Поляков,

A. Е Рукавишников, В. Г. Мокеров, Б. К. Шдведев.

" Фотоэлектрические характеристики р -1 -п - структур БаАз-- А1ВаАз с квантовыми ямами." Тезисы докладов. I Всесоюзная конференция по фотоэлектрически!/! явлениям. Апрель, 1989г. .Ташкент

34. А. К Еороновский, И. Е. Ицкевич, Л. М. Каширская, В. Д. Кула-когский, Е. К. Медведев, В. Г.Шкеров.

" Долгогсгаупая фотопроводимость в селективно легированных структура:: п- А1 Аз/ОаАз в условиях гидростатического слатия" в 31Ф, т. 42, в. 10, 405-408, 1985г.

35. Е А. Вар вин, В. Е Губанков, И. Е Котельников, Б. К. Медведев,

B. Г. Мокеров, Е А. Мордовец.

" Фотопроводимость в области циклотронного резонанса двумерного электронного газа в ВаАэ/АШаАз при больших факторах заполнения. " ФТП. т. 24 в. 4, 635-537, 1990.

33. Е А. Еарвин, В. Е Губанков, И. Е Котельников, Б. К. Медведев, В. Г. Покеров, Е А. Мордовец.

" Фотопроводимость двумерного электронного газа з СаАг/АМЗаАз в сбласти циклотронного резонанса. " Тезисы докладов. Всесоюзная научная конференция. 24-26 октября, Ташкент, 1989г.

37. Е А. Еэрвин, В. Е Губанков, И. Е Котельников, Б. К. Шдведев, В. Г. Ыокерсз, Е А. Шрдовец.

" Фотопроводимость двумерного электронного газа в (ЗаАз/А1СаАз в сбласти циклотронного резонанса." Тезисы докладов, т. А 1-ая Всесоюзная конференция по физическим основам твердотельной электроники, г. Ленинград, 1989г.

38. Научно-технический отчет по НИР "Инстинкт- 0ЭУ-1". Москва, НИИИЭ, 1987г.

" Исследование и разработка элементной базы ОЗУ на полевых транзисторах с высокой подвижностью электронов с минимальными размерами элементов 1,25мкм для БИС с б < 1нс." Научный руководитель Мокеров В. Г. Зам. научного руководителя Шдведев Б. К

39. Научно-технический отчет по НИР "Инстинкт- ММ". Москва, НИИМЭ, 1985г.

" Исследование возможности создания сверхбыстродействующих логических ИС с уменьшенной потребляемой мощностью ( <50Пе, р< 1Мвт/вент.) Научный руководитель Мокеров В. Г. Зам. научного руководителя Медведев Б. К.

40. Научно-технический отчет по НИР "Этюд-И". Москва НИИМЭ, 1988г.

" Исследование возможности создания зпитаксиальных структур с двумерным газом для комплементарных полевых транзисторов элементной базы БИС ЗУ." Научный руководитель Б. К. Медведев

41. Научно-технический отчет по НИР "Еелена-И". Москва, НИИМЭ, 1988г.

" Разработка и исследование элементной базы для делителей ЮГщ диапазона."

Научный руководитель Б. К. Медведев.

42. В. Э. Каминский, Б. К. Мэ две дев, В.Г. Шкеров, А7Р7 Назарьян, Б. Г. Налбандов, С. С. Шмелев.

" Дрейф носителей тока в гетероструктурах с двумерным электронным газом." Тезисы докладов. IV Всесоюзная конференция по физическим процессам в полупроводниковых гетероструктурах. стр. 4 г. Минск, 1986г.

43. Б. К. Медведев, В. П. Гаранин, В. Б. Копылов, В. Г. Мокеров, Ю. В. Слепнев.

" Молекулярно-лучевая эпитаксия арсенида галлия на кремний в режш/э многоступенчатого роста." Тезисы докладов, т. I, У-ая Всесоюзная конференция по физическим процессам в полупроводниковых гетероструктурах. г.Калутк, 8-11 октября, 1990г.

■14. Научно-технический отчет по НИР "Иволга-I". Москва, КИИКЭ, 1989г.

" Исследование физико-химических процессов гетероэпитаксии арсенида галлия на кремний."

Научный руководитель Б. К. Медведев

45. Б. К Медведев, Е. П. Гаранин, В. Б. Копылов, В. Г. Мокеров, Ю. 3. Слепнев, А. Л. Кузнецов.

"Новая эпнтаксиальная структура для арсенидо-галлиевых приборов на подложах кремния." Письма в ЖТФ, т. 16, в. 11, 1990г.

46. П. Д. Алтухов, А. А. Бакун, Б. К Медведев, В. Г. Мокеров, А. А. Ро-гачев, Г. П. Рубцов.

"Двумерная электрон-дырочная система в области гетероперехода в структурах GaAs-AlGaAs с модулированным легированием. " ФТП, т. 21, в. 3, 449-455, 1987г.

47. Л. А. Галченков, И. М. Гродненский, М. В. Костовецкий, 0. Р. Матов, Б. К Медведев, В. Г. Мокеров.

" Резонансный эффект Фарадея в ограниченной двумерной электронной системе." ФТП, т.22, в.7, 1196-1198, 1988г.

48. В. Л Нижанковский, Б. К. Медведев, В. Г. Мокеров, Е В. Шалдин.

" Исследование влияния магнитного поля на химический потенциал электронов в висмуте и в гетеропереходе GaAs - A1 Ga As ." ГОТФ, т. 90, вып. 4, 1326-1334, 1986.

49. С. А. Говорков, Б. К. Медведев, В. Г. Шкеров, А. П. Сеничкин В. И. Тальянский.

" Краевые магнитоплазменные колебания высших типов в двумерном электронном газе. " ЮТФ, т. 94, в. 2 стр. 226-231, 1988г.