Молекулярно-пучковая эпитаксия и оптимизация метаморфных гетероструктур InxAlyGa1-x-yAs/GaAs для применений в приборах микро- и оптоэлектроники тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. А.Ф.ИОФФЕ

На правах рукописи

Молекулярно-пучковая эпитаксия и оптимизация метаморфных гетероструктур 1пхА1уСа1.х.уА8/СаА8 для применений в приборах микро- и оптоэлектроники

Специальность 01.04.10 - физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2005

Работа выполнена в Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе Российской Академии наук.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, профессор Устинов В.М.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Мамаев Ю.А.

доктор физико-математических наук, профессор Сейсян Р.П.

Ведущая организация: Институт Аналитического Приборостроения РАН

Защита состоится «14» ноября 2005 г. в /£* часов на заседании диссертационного совета К 002.205.02 при Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе РАН по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 26.

Автореферат разослан «13» октября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Кандидат ф из.-мат. наук

^^^ЛлЛЛл!\—уликов г с

2006-4 20017

Общая характеристика работы.

Актуальность работы.

Быстрые темпы развития сетей передачи информации предъявляют новые требования к характеристикам приборов опто- и микроэлектроники, используемым для передачи, приема и обработки сигналов. К таким приборам относятся длинноволновые (1.3-1.55 мкм) инжекционные лазеры и быстродействующие малошумящие транзисторы.

Модулированно-легированные гетероструктуры (МЛГС) 1пОаАз/1пА1Аз, эпитаксиально выращиваемые на подложках 1пР, широко применяются в микроэлектронике для создания малошумящих быстродействующих транзисторов [1]. Преимуществом данной системы материалов по сравнению с МЗаАз/АЮаАз на подложках ваАв является возможность применения слоев с более высоким содержанием индия (типично около 50% против приблизительно 20% в случае структур с напряженным каналом на ОаАв) и, как следствие, больший разрыв зоны проводимости на гетерогранице канал-барьер, а также большая подвижность электронов. В односторонне-легированном МЛГС это позволяет получать более высокую плотность (~2х1012 см"2 против -1x1012 см"2) и большую подвижность (~10000 см2/Вс против ~6000 см2/Вс) электронов в двумерном газе, образующемся вблизи гетерограницы.

Однако, подложки 1пР по сравнению с ОаАя обладают существенными недостатками, такими как меньший размер коммерчески доступных пластин, высокая хрупкость и высокая цена, что затрудняет производство приборов на их основе. В связи с этим возрос интерес к так называемым метаморфным структурам на подложках ваАБ. Использование специфических технологических режимов выращивания буферного слоя 1п(Оа)(А1)АБ может позволить перейти от постоянной решетки ОаАв к постоянной решетки 1пР [2,3,4]. В то же время, возможность создания метаморфных структур на ваАв, чьи транспортные и структурные характеристики не уступали бы характеристикам МЛГС на 1пР, затруднена не полным подавлением прорастания дислокаций в активные слои структуры, а также возникновением микрорельефа поверхности [3].

В последние годы значительное внимание уделялось разработке гетероструктур на подложках ОэАб, излучающих в спектральном диапазоне 1.3-1.6 мкм, с целью замены инжекционных лазеров на основе 1пР в волоконно-оптических линиях связи средней дальности. Переход к подложкам ваЛв может позволить реализовать неохлаждаемые полосковые лазеры с распределённой обратной связью, а также вертикально-излучающие лазеры со стандартными ОаАз-АЬАэ Брэгговскими зеркалами. Ранее были продемонстрированы лазеры

полосковой конструкции [5,6,7], а также вертикально излучающие лазеры [8], работающие в спектральном диапазоне около 1.3 мкм. В качестве активной области в них были использованы массивы самоорганизующихся квантовых точек 1п(Оа)Аз. Так же в качестве активной области использовались напряженные квантовые ямы ЫЗаАзК [9,10].

Следует отметить, что продвижение в область больших длин волн (до 1.5-1.6 мкм) с помощью указанных типов активной области затруднено вследствие фазовой сепарации материала и пластической релаксации напряжения. В то же время метаморфные структуры могут значительно расширить диапазон длин волн путем увеличения содержания индия в структуре. Однако, возможность создания длинноволновых лазеров на основе гетероструктур на подложках ОаАэ, использующих метаморфный режим роста, насколько нам известно, не обсуждалась в литературе.

Объектом исследования настоящей работы являются толстые метаморфные слои 1п(Оа)(А1)Аз/ОаА8, а так же гетероструктуры на их основе.

Цель настоящей работы:

• Разработка эпитаксиальной технологии синтеза толстых, свободных от дислокаций, планарных слоев 1пхА1уОа1.х.уАв на подложках арсенида галлия с использованием концепции метаморфного роста

• Разработка эпитаксиальной технологии синтеза оптически и структурно совершенных гетероструктур в системе материалов 1пАЮаАз на метаморфных буферных слоях (метаморфных гетероструктур)

• Исследование возможности применения подобных метаморфных гетероструктур в приборах микроэлектроники (транзисторы с высокой подвижностью электронов) и оптоэлектроники (длинноволновые лазеры).

В соответствии с поставленной целью был определен круг основных задач:

• Разработка дизайна переходного буферного слоя 1пхА1уСа1.х.уАз на

подложках ваАв с плотностью прорастающих дислокаций менее ,п6 -2 ■ 10 см .

• Исследование спектров фотолюминесценции, структурных характеристик, морфологии поверхности, электрических свойств толстых метаморфных слоев в зависимости от мольной доли 1пАз, температуры осаждения и давления потока мышьяка.

• Разработка дизайна и оптимизация условий эпитаксиального выращивания напряженных квантовых ям в метаморфной матрице излучающей в диапазоне 1.3 мкм.

• Исследование подвижности электронов в метаморфных МЛГС осажденных на метаморфных буферных слоях различного дизайна.

• Разработка дизайна, оптимизация условий выращивания и исследование характеристик метаморфной лазерной структуры.

Основные положения, выносимые на защиту:

• Использование низких (менее 400°С) температур выращивания метаморфных эпитаксиальных слоев твердых растворов 1пхА1у(5а1.х-уА5 приводит к снижению плотности прорастающих дислокаций до уровня ниже 106 см"2.

• Использование двухтемпературных режимов осаждения (400 0С/500 °С) и пониженного давления мышьяка (\УШ~1) позволяет получать гладкую морфологию поверхности метаморфных слоев 1пхА1уОа1.х-уАз.

• Режимы выращивания и профиль состава и легирования метаморфной гетероструктуры для создания модулировано-легированой гетероструктуры с высокой подвижностью электронов на подложке ОаАв.

• Режимы выращивания и дизайн лазерного диода на основе метаморфной гетероструктуры и для получения лазерной генерации в диапазоне 1.3 микрона на квантовых ямах в структурах на подложке СаАв.

Научная новизна работы:

• Впервые комплексно исследованы структурные, электронные и оптические свойства метаморфных слоев и взаимосвязь этих характеристик с конструкцией и режимами эпитаксиального роста

• Показана возможность влиять на преобладание того или иного механизма релаксации упругого напряжения в метаморфных слоях 1пОаА1АБ/ОаАз с помощью изменения условий выращивания.

• Продемонстрирована возможность управления длиной волны излучения и расширения спектрального диапазона, достижимого в структурах с квантовыми ямами МЗаАв на подложках ваАв, с помощью применения концепции метаморфного роста

• Впервые разработана конструкция метаморфного лазера, продемонстрирована возможность получения лазерной генерации в метаморфной лазерной гетероструктуре

Практическая значимость работы состоит в том, что в ней:

• Найдены условия выращивания метаморфных слоев, при которых плотность прорастающих дислокаций составляет менее 10бсм"2.

1 4

• продемонстрирована возможность использования метаморфного подхода для МЛГС, достигнуты на ваАэ параметры, сопоставимые с 1пР

• продемонстрирована возможность достижения длины волны 1 .Змкм в структурах с квантовыми ямами ЬЮаАз на подложках ваАв, с помощью применения концепции метаморфного роста

• продемонстрирована возможность использования метаморфного подхода для создания длинноволновых лазерных структур на подложках ваАв, достигнута длина волны лазерной генерации 1.3 мкм и указаны способы продвижения в область больших длин волн.

Апробация работы. Результаты, вошедшие в диссертационную работу, докладывались и обсуждались на Всероссийских и международных конференциях и симпозиумах: на 10м Международном симпозиуме "Наноструктуры: Физика и Технология" (Россия, Санкт-Петербург, 2003), Тенденции нанотехнологии (Испания, Саламанка, 2003), VI Российская |

конференция по физике полупроводников (Россия, Санкт-Петербург, 2003), 4" Международная конференция современные оптические материалы и приборы (Эстония, Тарту, 2004), Тенденции нанотехнологии (Испания, Сеговия, 2004),

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 12 печатных работах (в том числе 7 в научных журналах и 5 в материалах конференций).

Структура и обьем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы, определен объект исследования, сформулирована цель работы, задачи, которые необходимо решить, исходя из цели работы, изложены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава является обзором литературы посвященной методу эпитаксиального выращивания слоев 1пОа(А1)Аз, отличающихся по параметру кристаллической решетки от подложки ваЛв. Даны определения псевдоморфного и метаморфного режимов роста, степени релаксации напряжения. Описаны механизмы образования дислокаций, приведены модели поведения дислокаций при различных условиях. Приведены экспериментальные данные по выращиванию метаморфных структур.

Вторая глава «Эксперимент» описывает технологию изготовления исследуемых структур, и методы их исследования.

Первый параграф посвящен основным принципам выращивания полупроводниковых соединений А3В5 методом молекулярно-пучковой эпитаксии.

Во втором параграфе описаны моды выращивания полупроводниковых слоев, связанные со степенью релаксации материала в силу рассогласования по постоянной решетки материала слоя от материала подложки.

В третьем параграфе описаны основные методы исследования эпитаксиальных слоев представленные в работе. Измерение спектров фотолюминесценции (ФЛ) использовалось для исследования оптических свойств метаморфных гетероструктур. Исследование структурного совершенства, состава, степени релаксации вычислялись по кривым качания, снятым методом высокоразрешающей рентгеновской дифракции около асимметричного рефлекса (115) GaAs. Морфология поверхности была исследована с помощью сканирующей (растровой) электронной микроскопии. Плотность дислокаций, а так же качество гетерограниц было исследовано методом просвечивающей электронной микроскопии.

В третьей главе «Выращивание метаморфных структур In^AlxGai.x-YAs/GaAs» сформулированы требования, предъявляемые к переходному буферному слою метаморфных структур. Описывается разработка конструкции и технологии выращивания переходного метаморфного буферного слоя методом МПЭ, представлены результаты исследования структурных характеристик, сделаны выводы об оптимальных режимах и конструкции.

Поскольку предполагается, что верхние (рабочие) слои метаморфной структуры значительно отличаются по параметру кристаллической решетки от подложки, между ними должен располагаться буферный слой, который служит для изменения постоянной решетки и релаксации упругого напряжения. Необходимо найти условия эпитаксиального осаждения буферного слоя (управляя такими параметрами выращивания как температура, давление потока мышьяка), при которых он удовлетворял следующим условиям: в буфере происходит полная релаксация упругого напряжения, отсутствует прорастание дислокаций несоответствия в рабочие слои структуры. Также для большинства приборных применений требуется добиться гладкого интерфейса и обеспечить необходимое структурное и огническое качество материала.

Первый параграф включает в себя описание исследованных нами буферных слоев In(Ga)(Al)As, дизайн которых включает следующие варианты:

-буферный слой InGa(Al)As с постоянным по толщине профилем состава-, содержание индия в разных образцах варьировалось от 18 до 50%.

-переходный буферный слой со ступенчато-градиентным изменением состава InGaAs. Содержание индия увеличивалось дискретно на 7% в

каждой последующей ступени, толщина ступени составляла 0.1 мкм. Были исследованы слои с итоговым содержанием индия от 21 до 49%. -переходный буферный слой с линейно-градиентным изменением состава 1пА1Аз. Увеличение содержания индия происходило постепенно по мере увеличения толщины слоя (0.9 мкм) от 10 до 58%.

Во втором параграфе подробно рассмотрены методы выращивания и свойства переходного буферного 1пОа(А1)Аз слоя с постоянным составом. Известно, что релаксация упругих напряжений при достаточно большом содержании индия происходит путем одного или нескольких механизмов: образование дислокаций, образование шероховатостей поверхности, изгиб структуры. Нами обнаружено, что в зависимости от условий выращивания будет преобладать тот или иной механизм снятия упругого напряжения. Экспериментальный факт, наиболее важный для приборных применений метаморфных структур, состоит в том, что меняя условия выращивания можно регулировать соотношение прорастающих и интерфейсных дислокаций. Для того чтобы предотвратить проникновение дислокаций в рабочие слои структуры, то есть локализовать их в области буферного слоя, оказывается возможным в определенных случаях найти такие условия выращивания, при которых возникновение интерфейсных дислокаций является преимущественным.

В частности, для исследования влияния содержания 1п на структурные характеристики была выращена серия структур 1пхА1уОа1.х.уА8/ОаА5 с различным содержанием 1п в слое (х=0.2, 0.25, 0.3, 0.5) и толщиной слоя 1 мкм. Буферный метаморфный слой осаждался при температуре подложки 400°С, последующие слои при 500°С. При достаточно низком содержании индия (х=20%, 25%) на начальной стадии осаждения ЬЮаАв рост происходит в двумерной моде. Но с увеличением толщины осаждаемого слоя (более 400 А) происходит переход к трехмерной моде роста, что следует из наблюдений картин дифракции быстрых электронов (ДБЭ). Морфология поверхности таких слоев представляет собой характерные полосы вдоль направления [110], которые, как раз, и появляются в результате релаксации напряжения.

Увеличение индия в слое 1пдаАз до 30 % приводит к тому, что на начальной стадии роста данного метаморфного слоя начинает преобладать другой механизм снятия напряжения - а именно, образование прорастающих дислокаций, как показывают исследования с помощью

просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). Дальнейшее увеличение содержания индия в метаморфных 1пОаАв слоях до 50% (так же как и в случае метаморфных слоев 1по 5А^зАв) приводит к значительному увеличению прорастающих дислокаций, а так же образованию дефектов упаковки.

Для исследования влияния температуры осаждения были выбраны ЬЮаАэ с содержанием индия порядка 22 % и температуры

выращивания в диапазоне 300-500°С. Обнаружено, что при низких температурах подложки 300-350°С имеет место трехмерный характер роста, что приводит к тому, что микрорельеф интерфейса становится более выраженным. Повышение температуры до 400°С и выше приводит к тому, начинает преобладать двумерный характер роста, который обеспечивает более гладкий интерфейс структуры. Далее, при увеличении температуры подложки выше 450°С, начинает преобладать механизм образования прорастающих дислокаций. При температуре осаждения 500°С плотность прорастающих дислокаций превышает 109см"2, тогда как при более низких температурах основное количество дислокаций находятся в области гетероинтерфейса подложка - буферный слой, то есть количество прорастающих дислокаций не превышает 106см'2.

Релаксация упругого напряжения исследуемых структур с содержанием индия 20% и выше, по измерениям высокоразрешающей рентгеновской дифракции, составляет 100%, это означает, что напряжение в системе отсутствует, то есть можно говорить, что слой является метаморфным.

В третьем параграфе описано выращивание и свойства переходного буферного слоя 1пОа(А1)А.ч со ступенчато-градиентным изменением состава. Подобные структуры предназначены для продвижения в область больших составов по 1п, и следовательно, больших длин волн. Для исследования подобного подхода была выращена серия структур с буферным слоем Тг^Оа^АБ, содержание индия в котором меняется ступенчато. Каждая ступень отличалась от предыдущей по содержанию индия на 7%, толщина ступени составляла 0.1 мкм (х=0.21, 0.28, 0.35, 0.42, 0.49). Структуры были выращены при температуре 300°С. В таких структурах удалось добиться подавления прорастающих дислокаций вплоть до содержания индия 40-42% (в то время как для буфера с постоянным профилем состава только 23%), однако при увеличении мольной доли индия начинает преобладать другой механизм релаксации напряжения- появление шероховатости поверхности.

Вообще говоря, поверхность всех ступенчато-градиентных структур имеет характерную особенность -шероховатость вытянутую в направлении [110], поскольку миграция атомов на поверхности роста вдоль направления [ПО] лучше. Ширина протяженных неоднородностей поверхности «валиков» увеличивается с увеличением содержания индия в структуре.

В четвертом параграфе описано выращивание и свойства переходного буферного слоя 1пОа(А1)Ая с линейно-градиентным изменением состава. Содержание индия в переходном слое изменяется линейно от толщины. В данной работе в качестве переходного слоя используется 1пА1Аз толщиной порядка 0.9 мкм, содержание индия в

котором линейно изменяется от 10% до 58%. Такие буферные слои разрабатывались нами для применений в транзисторных структурах, т.к. в них, в отличие от TnGaAs, отсутствует шунтировка канала транзистора по проводящему буферу

Так же как и в предыдущем случае, когда состав сохранялся постоянным на протяжении всей толщины переходного слоя, высокие температуры выращивания буферного слоя (>400°С) приводят к увеличению количества прорастающих дислокаций. Морфология растущей поверхности в значительной степени зависит от температуры подложки при осаждении переходного буфера. Мы обнаружили, что при слишком низких температурах, порядка 300-350°С, имеет место трехмерный характер роста, это следует из картины ДБЭ. При повышении температуры до 400°С сначала преобладает трехмерный характер роста, который в процессе выращивания (после примерно 300 А) переходит в двумерный.

Еще одной проблемой, характерной для таких буферных слоев, 1

является образование дефектов упаковки в процессе выращивания буферного слоя, обусловленные наличием большого числа дислокаций на начальном этапе роста. Такие дефекты, в отличие от самих дислокаций, не удерживаются внутри буферного слоя, а прорастают на всю толщину структуры, образуя на поверхности характерные морфологические особенности, связанные с локальными перепадами толщины. Образование подобного рода дефектов может значительно влиять на транспортные свойства структуры, снижая подвижность носителей заряда за счет дополнительного рассеяния. Использование стандартных условий осаждения, когда поток As в 2-4 раза превышает суммарный поток элементов III группы, приводит к образованию корругированной поверхности и возникновению большого количества дефектов упаковки. Однако, было обнаружено, что по мере снижения потока мышьяка происходит улучшение планарности поверхности и снижение плотности •

дефектов упаковки. Наилучший результат был достигнут при минимальном возможном потоке мышьяка, когда поток мышьяка соответствовал суммарному потоку металлов.

Таким образом, использование оптимизированных условий выращивания позволяет, как подавить прорастание дислокаций, так и получать атомно-гладкие интерфейсы, необходимые для снижения рассеяния на шероховатостях гетерограницы, что способствует повышению подвижности носителей заряда двумерного электронного газа.

В четвертой главе «Оптические и электрические свойства метаморфных структур» нами были исследованы слои и гетероструктуры, осажденные на метаморфных буферных слоях. Сами буферные слои

выращивались с применением оптимизированных конструкций и режимов, описанных выше.

В первом параграфе приведены оптические характеристики толстых слоев ЬЮаАз, выращенных на метаморфных буферных слоях с постоянным профилем состава, осажденных в оптимизированных условиях. С увеличением концентрации 1п в буферном слое интенсивность фотолюминесценции из верхнего (рабочего слоя) остается практически неизменной, пока содержание индия х не превышает значение 0,23 (рисунок 1). Это наблюдение говорит о высоком совершенстве слоев, осажденных на оптимизированном буфере и хорошо соответствует обнаруженному нами эффекту подавления прорастающих дислокаций.

При дальнейшем увеличении содержания индия в буферном слое наблюдается снижение интенсивности из рабочего слоя. Это свидетельствует о появлении в нем каналов безызлучательной рекомбинаций. Этими каналами являются, очевидно, прорастающие дислокации, проникающих в рабочие слои структуры, как это было обнаружено из их структурных исследований.

Содержание 1п, %

17 1» 21 23 25

1040 10«0 ЮМ 1100 1120 1140 11«) 1190 Длин» ВОЛНЫ) нм

Рисунок 1. Зависимость

интенсивности ФЛ при комнатной температуре от положения пика ФЛ метаморфного слоя ¡гЮаАБ (черные кружки). Штриховыми линиями показан измеряемый диапазон интенсивности ФЛ.

Таким образом, слои с содержанием индия до приблизительно 23% могут быть получены с высоким оптическим и структурным совершенством, будучи осажденными на буферный метаморфный слой, выращенный в оптимизированных условиях. Ширина запрещенной зоны таких слоев составляет около 1.1 эВ при 300К.

Во втором параграфе исследованы структуры с квантовой ямой (КЯ), с целью определения возможности расширения спектрального диапазона, достижимого на подложках ОаАв с помощью концепции метаморфного роста. Для получения длины волны излучения в диапазоне 1.3 мкм достаточно поместить в метаморфную матрицу ТпогСаоаАв квантовую яму 1п0 40а<|6Аз, содержание индия в которой на 20 % больше

чем в матрице. Состав и толщина (80 А) квантовой ямы выбран таким образом, чтобы не превысить критическую толщину псевдоморфного роста. Положения максимума ФЛ такой структуры соответствует 1.304 мкм, интенсивность всего на порядок ниже 1по.2Оао вАэ квантовой ямы помещенной в матрицу ваАв, что свидетельствует о достаточно хорошем оптическом качестве материала. Стоит отметить, что увеличение мольной доли 1пАб во всей структуре (как в матрице так и в КЯ) позволит продвинуться в более длинноволновую область излучения.

В третьем параграфе было обнаружено, что применение буферных слоев со ступенчатым профилем состава позволяет существенно увеличить содержание индия в рабочих слоях, обладающих высоким структурным и оптическим совершенством. Таким образом, ширина запрещенной зоны слоя йЮаАз может быть заметно уменьшена по сравнению с 1.1 эВ, достигнутой с использованием буфера с постоянным профилем состава. Как результат, длина волны излучения КЯ также может значительно превысить 1.3 мкм.

Были проведены исследования оптических свойств структур ¡п^а^АБ (х=0.21, 0.28, 0.35, 0.42, 0.49) с квантовой ямой (с содержанием индия х+0.13), осажденных на ступенчато-градиентном буферном слое. С увеличением мольной доли 1пАз длина волны излучения увеличивается вплоть до 1.74 мкм (при 77 К). Интенсивность сигнала ФЛ сохраняется постоянной вплоть до 42%. После значения 42% наблюдается резкий спад интенсивности ФЛ, что свидетельствует о появлении центров безызлучательной рекомбинации, то есть ухудшении структурного совершенства материала.

Необходимо так же отметить влияние температурных режимов выращивания на оптические свойства метаморфных слоев ЬЮаАз. Очевидно, что выращивание при более высоких температурах обеспечивает лучшее оптическое качество материала (интегральная интенсивность спектра ФЛ структуры выращенной при более высокой температуре, 500°С, на два порядка превышает интегральную интенсивность аналогичной структуры осажденной при температуре 300°С).

Четвертый параграф посвящен исследованию электрических свойств легированных метаморфных слоев 1гЮа(А1)А5. Для исследования концентрации и подвижности свободных носителей заряда в объемных метаморфных слоях 1пОа(А1)А8/ОаА8 р- и п- типа легирования, была выращена серия структур 1пхА1уСа].х.уА5 легированных и Ве. Содержание 1п в которых составляла х =20-30%, содержание А1 (у) варьировалось 0+80%. Температура выращивания буферного слоя и последующего легированного слоя составляла 400°С и 500°С соответственно.

Было обнаружено, что проводимость метаморфных слоев 1пхА1уОа1_х.уА8 п-типа, имеющих сходную концентрацию легирующих атомов Б!, в существенной степени определяется мольной долей алюминия. Так например, метаморфные слои 1п02А108А8 п-типа не проводят (концентрация свободных электронов <1015см"3). В то же время, тестовые слои 1п02А10зСа0 зАэ, легированные кремнием на уровне 2.5*1018ат/см3, обладали при комнатной температуре концентрацией свободных электронов (2.4-2.5)* 10'®см"3. Подвижность составила 600700 см2/(В*с), что приблизительно на порядок превышает типичные значения в слоях А10 вОао 2Аб п-типа, используемых в качестве эмиттеров в лазерных структурах диапазона 1.3 мкм на основе квантовых точек на подложках СаАэ. Твердый раствор 1по гА10 збао 5Аб является прямозонным полупроводником в отличие, например, от

А1хС5а|.хА5 (х > 40%) или 1п0.2А10 »Аэ, что позволяет избежать заглубления донорного уровня и связанного с этим снижения концентрации свободных электронов.

Метаморфные слои 1пОаА8 и 1пА1Аб (с содержанием индия 5253 %) осажденные на метаморфном буферном слое на подложке ваАБ, при оптимизированных условиях роста, демонстрируют электрические свойства, сравнимые с 1пОаАз/1пР и ЬАЬАвЛлР (с аналогичным содержанием индия), подвижность 4500-5000 см2/(В*с) при концентрации 8-9*1016 см'3 и 850-900 см2/(В*с) при концентрации 1-2*10'8 см'3, соответственно (при 300 К)

При легировании примесью р-типа (Ве) метаморфных слоев 1пАЮаАБ (в независимости от содержания А1) концентрация свободных дырок оказывается сравнимой с концентрацией дырок в слоях ваАз и А10 зОао 7Аб с тем же уровнем легирования Ве .

В пятой главе «Метаморфные структуры для приборных применений» исследована возможность применения концепции метаморфного выращивания слоев и гетероструктур для приборного применения.

В первом параграфе описано создание модулировано-легированной гетероструктуры с использованием переходного метаморфного буферного слоя различного дизайна (постоянного состава, со ступенчато-градиентным изменением состава, с линейно-градиентным изменением состава). В подобных МЛГС слой широкозонного ЫАЮаАя легирован примесью п-типа, а прилегающий слой узкозонного 1пОаАз не легирован. В результате переноса электронов из широкозонного в узкозонный материал, вблизи гетерограницы образуется двумерный проводящий канал.

Как было показано выше, при осаждении метаморфного буферного слоя с постоянным составом, содержание индия в котором превышает 30%, преобладающим механизмом релаксации упругого

напряжения является образование прорастающих дислокаций, которые беспрепятственно проникают дальше в рабочие слои структуры и катастрофически ухудшают транспортные свойства материала вследствие рассеяния. Подвижность электронов в такой МЛГС не превышает 2000см2/Вс (при концентрации носителей в канале 2.3*10,2см"2) при комнатной температуре. Это значение гораздо более низкое, чем в аналогичных МЛГС на 1пР, и даже ниже чем в псевдоморфных МЛГС на основе ОаАв/АЮаАв.

С целью подавления эффекта прорастающих дислокаций, была выращена серия модулировано-легированных гетероструктур с метаморфным буферным слоем 1пхОа[.хАз, состав которого менялся ступенчато. Каждая ступень отличалась от предыдущей по содержанию индия на 7% и толщина каждой ступени составляла порядка 0.1 мкм. Структуры различались конечным содержанием индия (20-49%).

Как и ожидалось для случая мало-дислокационных структур, увеличение подвижности носителей в 1пваА5 увеличивается при увеличении содержания индия вплоть до 42%, что соответствует теории. Дальнейшее увеличение содержания индия в метаморфной структуре приводит к значительному увеличению дефектов кристаллической решетки которые являются центрами рассеяния носителей, что препятствует дальнейшему увеличению подвижности электронов. Измеренная концентрация носителей в МЛГС с содержанием индия порядка 42 % составила 2.4х1012см"2, подвижность 7350 см2/Вс при 300 К (и 2.5x1012см"2, 26790 см2/Вс при 77 К). При содержании индия 49% подвижность электронов осталась практически неизменной (7330 см2/Вс при 300К и 28360 см2/Вс при 77К). Однако, в этой структуре, в отличие от всех предыдущих, наблюдается сильное различие между электронной концентрацией, измеренной при ЗООК (4.0x1012см'2) и 77К (2.9х1012см"2). Подобное поведение характерно для МЛГС, в которых имеется шунтирующий канал проводимости. В структуре с высоким содержанием индия таким каналом может служить проводимость через метаморфный буфер вследствие высокой подвижности электронов в метаморфных слоях и фонового легирования в ЬСаАэ.

Для подавления нежелательного эффекта шунтирующей проводимости, нами были исследованы МЛГС с использованием переходного буферного слоя 1пхА1,_хА5. Как было показано выше, такие слои обладают высоким удельным сопротивлением и, таким образом, препятствуют образованию дополнительного проводящего канала. В структурах с 1пхА11.хАв буфером, как показали структурные исследования, оптимальным является использование буфера с линейно-градиентным изменением состава толщиной 0.9 мкм (х от 0.1 до 0.58). Содержание индия в рабочей структуре х=0.52, в канале Ьхва^АБ х=0.53. В оптимизированной структуре подвижность электронов составила

8100см2/Вс при концентрации электронов 1.2*1012 см'2 при 300 К. При 77 К подвижность составила 33100 см2/Вс, что превосходит результаты полученные для метаморфных МЛГС на буферном слое с постоянным и со ступенчато-градиентным составом. Это служит подтверждением того, что линейно-градиентное изменения состава боле эффективно позволяет подавить прорастание дислокаций несоответствия в рабочие слои структуры, служащие центрами рассеяния носителей заряда.

Во втором параграфе описаны конструкция, технология создания и результаты исследований лазерного диода с активной областью на базе квантовых ям ЫСаАя излучающего в спектральном диапазоне 1.3 мкм с использованием метаморфной концепции. В основу лазерной структуры легли метаморфные слои с содержанием индия 20%, поскольку для таких слоев хорошо отработана технология выращивания, получены гладкие интерфейсы, плотность прорастающих дислокаций не превышает 106см\ Помещение в такой слой напряженной квантовой ямы толщиной 80 А с содержанием индия на 20% больше чем в матрице дает возможность получать излучение около 1,3 мкм, а ширина квантовой ямы не превышает критическую толщину псевдоморфного (бездислокационного) роста. Стоит так же отметить хорошие электрические характеристики слоев 1п0 гбао 5А10.зА5 легированных кремнием или бериллием, которые позволяют использовать их в качестве эмиттеров лазерной структуры.

1000 1900

Д лина полоска, мкм

i • • ? ' ■

W=!OOMCM

LHOOOmcm

Т-290К 5.5 А

■

'•.4.5А

1290 1X0

Длина волны, нм

Рисунок 2 Зависимость пороговой плотности тока (закрашенные символы) и длины волны генерации (открытые символы) от длины полоска.

Рисунок 3 Спектры электролюминесценции лазерной структуры с длиной полоска 1 мм, при комнатной температуре при разных токах накачки.

В качестве переходного буферного слоя был использован слой с постоянным составом с содержанием 1п порядка 20%, В качестве

лазерного волновода использовался нелегированный слой 1п0 2Оао 8Аз толщиной около 0,4 мкм, ограниченный эмиттерными слоями 1по2а1озсао 5Ля толщиной 1,2 мкм п- и р-типа, легированными Б! или Ве, соответственно, с концентрацией 1018 см'3. В середину волноводного слоя помещены две квантовые ямы 1по 46^0 бАв толщиной 8 нм. Таким образом, конструкция метаморфной лазерной структуры близка к типичному дизайну лазера на основе квантовых ям на подложках ваАз. Однако, использование переходного буфера позволяет увеличить содержание индия во всех слоях лазерной структуры примерно на 20%. Из выращенных структур были изготовлены лазеры в геометрии мелкой мезы с шириной полоска 100 мкм. На грани резонатора, полученные скалыванием, какие-либо покрытия не наносились.

В лазерах полосковой конструкции, в зависимости от длины полоска (1,5, 1.0 или 0,75 мм), лазерная генерация при комнатной температуре достигается при пороговой плотности тока 3,3, 5.2 или 6 кА/см2, соответственно, на длине волны 1294, 1286, или 1279 нм, как это представлено на рисунке 2.

Спектральное положение линии свидетельствует о том, что во всем исследованном диапазоне длин резонатора генерация происходит на оптическом переходе основного состояния квантовой ямы Тпо 4Оао бА$/1по 8А5. Спектры электролюминесценции, записанные при 290 К, приведены на рисунке 3 для полоска длиной 1 мм.

При 85К пороговая плотность тока и длина волны генерации определены равными 420 А/см2 и 1209 нм, соответственно. Температурная зависимость пороговой плотности тока описывается характеристической температурой 70=110 К в диапазоне 85-200 К и Г0=65 К в диапазоне 200-290 К. Возможно, излом температурной зависимости вблизи 200 К, обусловлен термическим заселением матрицы.

Важно отметить превосходные электрические характеристики лазерной структуры. В частности, напряжение открывания лазерного диода составило 0.9 В, что близко к энергии оптического перехода в активной области и свидетельствует, таким образом, об отсутствии дополнительных встроенных потенциальных барьеров для протекания тока через лазерную структуры. Последовательное сопротивление составило 1.5*Ю"40м-см2, благодаря достигнутым превосходным электрическим характеристикам слоев, образующих лазерную структуру.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о перспективности применения концепции метаморфного роста для создания длинноволновых лазерных излучателей на ОаАБ. Вообще говоря, увеличение содержания индия во всех слоях структуры позволит продвинуться в более длинноволновую область излучения. Мы полагаем также, что сравнительно высокие значения пороговой плотности тока обусловлены двумя основными факторами - наличие остаточных

дислокаций в активной области, и тепловой выброс носителей из активной области в матрицу. Соответственно, эти негативные факторы могут быть подавлены, а пороговая плотность тока уменьшена с помощью дальнейшей оптимизации конструкции и режимов выращивания метаморфного буферного слоя для более полного подавления прорастающих дислокаций, использования активной области на основе массива квантовых точек для подавления транспорта носителей к дислокациям и достижения большей длины волны, а также использования более широкозонной матрицы 1пАЮаА$ для подавления теплового выброса носителей из активной области.

Заключение

В ходе данной работы получены следующие основные результаты:

1) В рамках метаморфного подхода были исследованы три типа переходного буферного слоя:

с постоянным составом, с линейно-градиентным изменением состава со ступенчато-градиентным изменением состава Найдены оптимальные условия выращивания метаморфных слоев позволяющие получить наиболее гладкую морфологию поверхности, а так же предотвратить прорастание дислокаций в верхние рабочие слои.

Для буферного слоя с постоянным составом максимально возможное содержание индия, удовлетворяющее качеству слоев -22%, для буферного слоя со ступенчато-градиентным изменением состава -42%, для буферного слоя с линейно-градиентным изменением состава - 53%

2) Показано, что выращивание метаморфных слоев при более низких температурах (300-400 °С) способствует формированию микрорельефа поверхности, как способу релаксации упругого напряжения (плотность прорастающих дислокаций <106см"2), тогда как при выращивании таких слоев при более высоких температурных режимах (450-500 °С) начинает преобладать механизм - образование прорастающих дислокаций (плотность прорастающих дислокаций ~109см"2).

3) Релаксация упругого напряжения метаморфных слоев ¡п^а^Ав (х=0.2 и выше), определенная с помощью измерений рентгеновских кривых качания около ассиметричного рефлекса (115) йаАз, может составлять 100% при оптимальных конструкциях и режимах эпитаксиального роста

4) Метаморфные слои 1пАЮаАв с содержанием 1п -20-22%, легированные примесями п-типа (Б0 или р-типа (Ве) демонстрируют, при условии содержания А1~0-30%, приемлемые электрические

характеристики (проводимость, концентрацию свободных носителей заряда, подвижность), позволяющие использовать такие слои в качестве компонентов лазерной структуры (эмиттеры, контактный слой, проводящий буферный слой).

5) Метаморфные слои 1пхОаАз и 1пхА1Аз с содержанием 1п -52-53%, легированные демонстрируют электрические характеристики сравнимые со слоями того же состава, осажденными на подложку 1пР.

6) В оптимизированной метаморфной модулировано легированной герероструктуре подвижность электронов составила 8100см2/Вс при 300 К. При 77 К подвижность составила 33100 см2/Вс. Эти значения сравнимы для аналогичных псевдоморфных МЛГС выращенных на подложке 1пР (11050см2/Вс при 300 К) и превосходят значения достигаемые в псевдоморфных МЛГС на подложках ваАв (подвижность 6200 см2/Вс при 300 К).

7) Впервые продемонстрирована лазерная генерация в метаморфной структуре, выращенной на подложке СаАв. Без использования массивов самоорганизующихся квантовых точек или азотсодержащих квантовых ям достигнута длина волны генерации в спектральном диапазоне 1.3 мкм при комнатной температуре. В качестве активной области лазера использованы квантовые ямы ГгЮаАБ. В лазерах полосковой конструкции шириной 100 мкм продемонстрирована лазерная генерация при комнатной температуре на длине волны 1.29 мкм с минимальной пороговой плотностью тока 3.3 к А/см2 (0.4 кА/см2 при 85К).

Основные результаты диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Е.С.Семенова, А.Е.Жуков, А.П.Васильев, С.С.Михрин, А.Р.Ковш, В.М.Устинов, Ю.Г.Мусихин, С.А.Блохин, А.Г.Гладышев, Н.Н.Леденцов; "Метаморфные модулированно-легированные гетероструктуры 1пА1Аз / 1пОаАБ / 1пА1Аз с высокой подвижностью электронов на подложках СаАв " ФТП, 2003,37(9), 1127-1130

2. А.Е.Жуков, А.Р.Ковш, С.С.Михрин, Е.С.Семенова, Н.А.Малеев,

A.П.Васильев, Е.В.Никитина, Н.В.Крыжановская, А.Г.Гладышев, Ю.М.Шерняков, Ю.Г.Мусихин, М.В.Максимов, Н.Н. Леденцов,

B.М.Устинов, Ж.И.Алферов; "Метаморфные лазеры спектрального диапазона 1,3 мкм выращенные методом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложках ваАв ", ФТП, 2003,37(9), 1143-1147

3. А.Е.Жуков, А.П.Васильев, А.Р.Ковш, С.С.Михрин, Е.С.Семенова, А.Ю.Егоров, В.А.Одноблюдов, Н.А.Малеев, Е.В.Никитина, Н.В.Крыжановская, А.Г.Гладышев, Ю.М.Шерняков, М.В.Максимов, Н.НЛеденцов, В.М.Устинов, Ж.И.Алферов "Лазерная генерация на длине волны 1,5 мкм в структурах с квантовыми точками на подложках ОаАэ"ФТП, 2003, 37(12), 1461-1464

4. E.S. Semenova, A.E. Zhukov, S.S. Mikhrin, A.Yu. Egorov, V.A. Odnoblyudov, A.P. Vasil'ev, E.V. Nikitina A.R. Kovsh, N.V. Kryzhanovskaya, A.G. Gladyshev, S.A. Blokhin, Yu.G. Musikhin, M.V. Maximov, Yu.M. Shernyakov, V.M. Ustinov, N.N. Ledentsov "Metamorphic growth for application in long-wavelength (1.3-1.55 micron) lasers and MODFET-type structures on GaAs substrates", Nanotechnology, volume 15, issue 4, pages S283 - S287, (2004)

5. S.S. Mikhrin, A.E. Zhukov, A.R. Kovsh, N.A. Maleev, A.P. Vasil'ev, E.S. Semenova, N.V. Kryzhanovskaya, A.G. Gladyshev, M.V. Maximov, V.M. Ustinov, N.N. Ledentsov, "Quantum-well structures suitable for the 1.3-цт laser applications grown on metamorphic GaAs substrates", ^International Symposium NANOSTRUCTURES: Physics and Technology St Petersburg, June 23-28,2003

6. E. S. Semenova, A. P. Vasilev, A. E. Zhukov, S. S. Mikhrin, A. R. Kovsh, V. M. Ustinov,Yu. G. Musikhin, A. G. Gladyshev, S. A. Blokhin, N. N. Ledentsov, "Metamorphic modulation-doped InGaAs/InAlAs heterostructures with high electron mobility grown on GaAs substrates" TNT 2003'Trends in Nanotechnology", Salamanca, Spain, 15-19 September, 2003,

7. A.P. Vasilyev, A.E. Zhukov, S.S. Mikhrin,, A.R. Kovsh, N.A. Maleev, E.S. Semenova, N.V. Kryzhanovskaya, A.G. Gladyshev, M.V. Maximov, V.M. Ustinov, N.N. Ledentsov "Long wavelength lasers grown on metamorphic GaAs substrates" TNT 2003 "Trends in Nanotechnology", Salamanca, Spain, 15-19 September, 2003

8. E. С. Семенова, A. E. Жуков, A. P. Ковш, С. С. Михрин, А. П. Васильев, Е. В. Никитина, В. М. Устинов, Ю. М. Шерняков, Н. В. Крыжановская, А. Г. Гладышев, М. В. Максимов, «Метаморфные лазеры диапазона 1.3 мкм на подложках GaAs» VI Российская конференция по физике полупроводников, Санкт-Петербург, 27-31 октября 2003 г.

9. Ledentsov, N.N.; Kovsh, A.R.; Zhukov, А.Е.; Maleev, N.A.; Mikhrin, S.S.; Vasil'ev, A.P.; Semenova, E.S.; Maximov, M.V.; Shernyakov, Yu.M.; Kryzhanovskaya, N.V.; Ustinov, V.M.; Bimberg, D." High performance quantum dot lasers on GaAs substrates operating in 1.5 цт range" Electronics Letters V 39 (15), 2003, pp.1126-1128

10. A. Zhukov, A. Vasiljev, E. Semenova, N. Kryzhanovskaya, A. Gladyshev, M. Maximov, V. Ustinov, N. Ledentsov, «Epitaxial growth of quantum dot heterostructures on metamorphic buffers», The 4th Int. Conf. on Advanced Optical Matreials and Devices (AOMD-4) Tartu, Estonia, July 6-9,2004.

11. М.В.Максимов , Ю.М.Шерняков, Н.В.Крыжановская, А.Г.Гладышев, Ю.Г.Мусихин, Н.НЛеденцов, А.Е.Жуков, А.П.Васильев, А.Р.Ковш, С.С.Михрин, Е.С.Семенова, Н.А.Малеев, Е.В.Никитина, В.М.Устинов, Ж.И.Алферов "Мощные лазеры на квантовых точках InAs-InGaAs

спектрального диапазона 1.5 мкм, выращенные на подложках GaAs" ФТП, 2004, 38(6), 763-766

12.11 Novikov, N Yu Gordeev, M V Maximov, Yu M Shernyakov, A E Zhukov, A P Vasil'ev, E S Semenova, V M Ustinov, N N Ledentsov, D Bimberg, N D Zakharov and P Werner. «Ultrahigh gain and non-radiative recombination channels in 1.5 fim range metamorphic InAsInGaAs quantum dot lasers on GaAs substrates», Semicond. Sci. Technol. 20(2005) 33-37

Цитированная литература

1 L. D. Nguyen, L. E. Larson, and U. K. Mishra, Proc. IEEE 80,494, (1992)

2 W.E. Hoke, T.D. Kennedy, A. Torabi, C.S. Whelan, P.F. Marsh, R.E. Leoni, C. Xu, K.C. Hsieh, J. Cryst. Growth 251, 827 (2003)

3 M.Behet,K.Van der Zanden,G.Borghs. Appl.Phys. Lett.73,2760, (1998)

4 T.Mishima,K.Higuchi,M.Mori,J.O}w/a/ Growth,150, 1230, (1995)

5 G. Park, O. B. Shchekin, D. L. Huffaker, and D. G. Deppe, IEEE Photon. Technol. Lett. 13(3), pp.230-232 (2000)

6 G. T. Liu, A. Stinz, H. Li, T. C. Newell, A. L. Gray, P. M. Varangis, K. J. Malloy, and L. F. Lester, IEEE J. Quantum Electron. 36(11), pp.1272-1279 (2000).

7 A. R. Kovsh, N. A. Maleev, A. E. Zhukov, S. S. Mikhrin, A. P. Vasii'ev, Yu. M. Shernyakov, M. V. Maximov, D. A. Livhsits, V. M. Ustinov,

Zh. I. Alefrov, N. N. Ledentsov, D. Bimberg, Electron. Lett. 38(19), pp.1104-1106(2002).

8 J. A. Lott, N. N. Ledentsov, A. R. Kovsh, V. M. Ustinov and D. Bimberg, IEEE LEOS Annual Meeting Conf. Proc., vol. 2, pp. 499-500,2003

9 A. Yu. Egorov, D. Bernklau, B. Borchert, S. lllek, D. Livshits, A. Rucki, M. Schuster, A. Kaschner, A. Hoffmann, Gh. Dumitras, M. C. Amann,

H. Riechert, J. Cryst. Growth 227-228, pp.545-552 (2001).

10 N. Tansu, N. J. Kirsh, and L. J. Mawst, Appl. Phys. Lett. 81(14), pp.25232525 (2002).

Лицензия ЛР №020593 от 07.08.97

Подписано в печать 07.10.2005. Формат 60x84/16. Печать офсетная. Уч. печ. л. 1,25. Тираж 100. Заказ 470.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая, 29.

ï

f

I

I

I

I

Í

Í ,1

V

¡¡

I

h

í

'i f

I

'!

I

!

i ?

V

$ 1944 t

РНБ Русский фонд

2006-4 20017

i

i

Введение

1. Обзор литературы

1.1. Теоретические основы концепции метаморфного выращивания

1.2. Прикладные основы концепции метаморфного выращивания

2. Эксперимент

2.1. Метод молекулярно-пучковой эпитаксии

2.2. Методы исследования эпитаксиальных структур

3. Выращивание метаморфных структур InxAlyGa^x-yAs/GaAs

3.1. Различный дизайн переходного буферного слоя

3.2. Переходный буферный слой с постоянным профилем состава

3.3. Переходный буферный слой со ступенчато-градиентным изменением состава.

3.4. Переходный буферный слой с линейно-градиентным изменением состава

3.5. Выводы

4. Оптические и электрические свойства метаморфных структур

4.1. Оптические свойства метаморфных гетероструктур

4.2. Электрические свойства метаморфных слоев In(Ga)(Al)As

4.3. Выводы

5. Метаморфные структуры для приборных применений 96 5.1. Разработка и создание модулировапно-легированных гетероструктур с высокой подвижностью

5.2. Применение метаморфного подхода для создания лазерного диода с длиной волны излучения диапазона 1.3 мкм.

5.3. Выводы Заключение

Актуальность работы.

Быстрые темпы развития сетей передачи информации предъявляют новые требования к характеристикам приборов опто- и микроэлектроники, используемым для передачи, приема и обработки сигналов. К таким приборам относятся длинноволновые (1.3-1.55 мкм) инжекционные лазеры и быстродействующие малошумящие транзисторы.

Модулированно легированные гетероструктуры (МЛГС) InGaAs/InAlAs, эпитаксиально -выращиваемые на подложках InP, широко применяются .в микроэлектронике для создания малошумящих быстродействующих транзисторов [1]. Преимуществом данной системы материалов по сравнению с InGaAs/AlGaAs на подложках GaAs является возможность применения слоев с более высоким содержанием индия (типично около 50% против приблизительно 20% в случае структур с напряженным каналом на GaAs) и, как следствие, больший разрыв зоны проводимости на гетерогранице канал-барьер, а также большая подвижность электронов. В односторонне-легированной МЛГС это позволяет получать более высокую плотность (~2х1012 см"2 против ~1х1012 см"2) и большую подвижность (~10000 см2/Вс против ~6000 см2/Вс) электронов в двумерном газе, образующемся вблизи гетерограницы.

Однако, подложки InP по сравнению с GaAs обладают существенными недостатками, такими как меньший размер коммерчески доступных пластин, г высокая хрупкость и высокая цена, что затрудняет производство приборов на их основе. В связи с этим возрос интерес к так называемым метаморфным структурам на подложках GaAs. Использование специфических технологических режимов выращивания буферного слоя In(Ga)(Al)As может позволить перейти от постоянной решетки GaAs к постоянной решетки InP [2,3,4]. В то же время, возможность создания метаморфных структур на GaAs, чьи транспортные и структурные характеристики не уступали бы характеристикам МЛГС на InP, затруднена не полным подавлением прорастания дислокаций в активные слои структуры, а также возникновением микрорелг>ефа поверхности [3].

В последние годы значительное внимание уделялось разработке гетероструктур на подложках GaAs, излучающих в спектральном диапазоне 1.3-1.6 мкм, с целыо замены инжекционных лазеров на основе InP в волоконно-оптических линиях связи средней дальности. Переход к подложкам GaAs может позволить реализовать неохлаждаемые полосковые лазеры с распределённой обратной связью, а также вертикально-излучающие лазеры со стандартными GaAs-AlAs Брэгговскими зеркалами. Ранее были продемонстрированы лазеры полосковой конструкции [5,6,7], а также вертикально излучающие лазеры [8], работающие в спектральном диапазоне около 1.3 мкм. В качестве активной области в них были использованы массивы самоорганизующихся квантовых точек In(Ga)As. Так же в качестве активной области использовались напряженные квантовые ямы InGaAsN [9,10].

Следует отметить, что продвижение в область больших длин волн (до 1.51.6 мкм) с помощью указанных типов активной области затруднено вследствие фазовой сепарации материала и пластической релаксации напряжения. В то же время метаморфные структуры могут значительно расширить диапазон длин волн путем увеличения содержания индия в структуре. Однако, возможность создания длинноволновых лазеров на основе гетероструктур на подложках GaAs, использующих метаморфный режим роста, насколько нам известно, не обсуждалась'в литературе.

Объектом исследования настоящей работы являются толстые метаморфные слои In(Ga)(Al)As/GaAs, атак же гетероструктуры на их основе. Цель настоящей работы:

• Разработка эпитаксиальной технологии синтеза толстых, свободных от г дислокаций, планарных слоев InxAlyGaix.yAs на подложках арсенида галлия с использованием концепции метаморфного роста

• Разработка эпитаксиальной технологии синтеза оптически и структурно совершенных гетероструктур в системе материалов InAlGaAs на метаморфных буферных слоях (метаморфных гетероструктур) *

• Исследование возможности применения подобных метаморфных гетероструктур в приборах микроэлектроники (транзисторы с высокой подвижностью электронов) и оптоэлектроники (длинноволновые лазеры).

В соответствии с поставленной целыо был определен круг основных задач:

• Разработка дизайна переходного буферного слоя InxAlyGai.x.yAs на подложках GaAs с плотностью прорастающих дислокаций менее 106 см'2.

• Исследование спектров фотолюминесценции, структурных характеристик, морфологии поверхности, электрических свойств толстых метаморфных слоев в зависимости от мольной доли InAs, температуры осаждения и давления потока мышьяка.

• Разработка дизайна и оптимизация условий эпитаксиалыюго выращивания напряженных квантовых ям в метаморфной матрице излучающей в диапазоне 1.3 мкм. ,

• Исследование подвижности электронов в метаморфных МЛГС осажденных на метаморфных буферных слоях различного дизайна.

• Разработка дизайна, оптимизация условий выращивания и исследование характеристик метаморфной лазерной структуры. 1

Основные положения, выносимые па защиту:

• Использование низких (менее 400°С) температур выращивания метаморфных эпитаксиальных слоев твердых растворов InxAlyGa^x-yAs приводит к снижению плотности прорастающих дислокаций до уровня ниже Ю6 см"2.

• Использование двухтемпературных режимов осаждения (400°С/500°С) и пониженного давления мышьяка (V/III~l) позволяет получать гладкую морфологию поверхности метаморфных слоев InxAlyGa^x-yAs.

• Режимы выращивания и профиль состава и легирования метаморфной гетер о структуры для создания модулироваино-легированной гетероструктуры с t высокой подвижностью электронов на подложке GaAs.

• Режимы выращивания и дизайн лазерного диода на основе метаморфной гетероструктуры для получения лазерной генерации в диапазоне 1.3 микрона на квантовых ямах в структурах на подложке GaAs.

Научная попита работы:

• Впервые комплексно исследованы структурные, электронные и оптические свойства метаморфных слоев и взаимосвязь этих характеристик с конструкцией и режимами эпитаксиального роста

• Показана возможность влиять на преобладание того или иного механизма релаксации упругого напряжения в метаморфных слоях InGaAlAs/GaAs с помощью изменения условий выращивания.

• Продемонстрирована возможность управления длиной волны излучения и расширения спектрального диапазона, достижимого в структурах с квантовыми ямами InGaAs на подложках GaAs,. с помощью применения концепции метаморфного роста

• Впервые разработана конструкция метаморфного лазера, продемонстрирована возможность получения лазерной генерации в метаморфной лазерной гетероструктуре

Практическая значимость работы состоит в том, что в ней:

• Найдены условия выращивания метаморфных слоев, при которых плотность У прорастающих дислокаций составляет менее 10 см' .

• продемонстрирована возможность использования метаморфного подхода для МЛГС, достигнуты на GaAs параметры, сопоставимые с InP

• продемонстрирована возможность достижения длины волны 1.3мкм в структурах с квантовыми ямами InGaAs на подложках GaAs, с помощью применения концепции метаморфного роста

• продемонстрирована возможность использования метаморфного подхода для создания длинноволновых лазерных структур на подложках GaAs, достигнута длина волны лазерной генерации 1.3 мкм и указаны способы продвижения в область больших длин волн.

Апробация работы. Результаты, вошедшие в диссертационную работу, докладывались и обсуждались на Всероссийских и международных конференциях и симпозиумах: 10" Международный симпозиум "Наноструктуры: Физика и

Технология" (Россия, Санкт-Петербург, 2003), Тенденции нанотехнологии (Испания, Саламанка, 2003), VI Российская конференция по физике полупроводников (Россия, Санкт-Петербург, 2003), 4ал Международная конференция современные оптические материалы и приборы (Эстония, Тарту, 2004), Тенденции нанотехнологии (Испания, Сеговия, 2004),

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 12 печатных работах (в том числе 7 в научных журналах и 5 в материалах конференций). Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения.

Основные результаты диссертации отражены в следующих публикациях;

1 Е.С.Семеиова, А.Е.Жуков, А.П.Васильев, С.С.Михрин, А.Р.Ковш, В.М.Устинов, Ю.Г.Мусихин, С.А.Блохин, А.Г.Гладышев, Н.Н.Леденцов; "Метаморфные модулированно-легированные гетероструктуры InAlAs/InGaAs/InAlAs с высокой подвижностью электронов на подложках GaAs " ФТП, 2003, 37(9), 1127-1130

2 А.Е.Жуков, А.Р.Ковш, С.С.Михрин, Е.С.Семенова, Н.А.Малеев, А.П.Васильев, Е.В.Никитина, Н.В.Крыжановская, А.Г.Гладышев, Ю.М.Шерняков, Ю.Г.Мусихин, М.В.Мак'симов, Н.Н.Леденцов, В.М.Устинов, Ж.И.Алферов; "Метаморфные лазеры спектрального диапазона 1,3 мкм выращенные методом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложках GaAs ", ФТП, 2003, 37(9), 11431147

3 А.Е.Жуков, А.П.Васильев, А.Р.Ковш, С.С.Михрин, Е.С.Семенова, А.Ю.Егоров, В.А.Одноблюдов, Н.А.Малеев, Е.В.Никитина, Н.В.Крыжановская, А.Г.Гладышев, Ю.М.Шерняков, М.В.Максимов, Н.Н.Леденцов, В.М.Устинов, Ж.И.Алферов "Лазерная генерация на длине волны 1,5 мкм в структурах с квантовыми точками на подложках GaAs" ФТП, 2003, 37(12), 1461-1464

4 E.S. Semenova, А.Е. Zhukov, S.S. Mikhrin, A.Yu. Egorov, V.A. Odnoblyudov, A.P. Vasil'ev, E.V. Nikitina A.R. Kovsh, N.V. Kryzhanovskaya, A.G. Gladyshev, S.A. Blokhin, Yu.G. Musikhin, M.V. Maximov, Yu.M. Shernyakov, V.M. Ustinov, N.N. Ledentsov "Metamorphic growth for application in long-wavelength (1.31.55 micron) lasers and MODFET-type structures on GaAs substrates", Nanotechnology, volume 15, issue 4, pages S283 - S287, (2004)

5 S.S. Mikhrin, A.E. Zhukov, A.R. Kovsh, N.A. Maleev, A.P. Vasil'ev, E.S. Semenova, N.V. Kryzhanovskaya, A.G. Gladyshev, M.V. Maximov, V.M. Ustinov, N.N. Ledentsov, "Quantum-well structures suitable for the 1.3-^im laser applications grown on metamorphic GaAs substrates", 10lhInternational Symposium NANOSTRUCTURES: Physics and Technology St Petersburg, June 23-28, 2003

6 E. S. Semenova, A. P. Vasilev, A. E. Zhukov, S. S. Mikhrin, A. R. Kovsh, V. M. Ustinov,Yu. G. Musikhin, A. G. Gladyshev, S. A. Blokhin, N. N. Ledentsov, "Metamorphic modulation-doped InGaAs/InAlAs heterostructures with high electron mobility grown on GaAs substrates" TNT 2003 "Trends in Nanotechnology", Salamanca, Spain, 15-19 September, 2003,

7 A.P. Vasilyev, A.E. Zhukov, S.S. Mikhrin, , A.R. Kovsh, N.A. Maleev, E.S. Semenova, N.V. Kryzhanovskaya, A.G. Gladyshev, M.V. Maximov, V.M. Ustinov, N.N. Ledentsov "Long wavelength lasers grown on metamorphic GaAs substrates" TNT 2003 "Trends in Nanotechnology", Salamanca, Spain, 15-19 September, 2003

8 E. С. Семенова, A. E. Жуков, A. P. Ковш, С. С. Михрин, А. П. Васильев, Е. В. Никитина, В. М. Устинов, Ю. М. Шерняков, Н. В. Крыжановская, А. Г. Гладышев, М.В.Максимов, «Метаморфные лазеры диапазона 1.3 мкм на подложках GaAs» VI Российская конференция по физике полупроводников, Санкт-Петербург, 27-31 октября 2003 г.

9 Ledentsov, N.N.; Kovsh, A.R.; Zhukov, А.Е.; Maleev, N.A.; Mikhrin, S.S.; Vasil'ev, A.P.; Semenova, E.S.; Maximov, M.V.; Shernyakov, Yu.M.; Kryzhanovskaya, N.V.; Ustinov, V.M.; Bimberg, D." High performance quantum dot lasers on GaAs substrates operating in 1.5 цт range" Electronics Letters V39(15), 2003, pp.I126-1128

10A. Zhukov, A. Vasiljev, E. Semenova, N. Kryzhanovskaya, A. Gladyshev,. M. Maximov, V. Ustinov, N. Ledentsov, «Epitaxial growth of quantum dot heterostructures on metamorphic buffers», The 4th Int. Conf. on Advanced Optical Matreials and Devices (AOMD-4) Tartu, Estonia, July 6-9, 2004.

11 М.В.Максимов, Ю.М.Шерняков, H.B.Крыжановская, А.Г.Гладышев, Ю.Г.Мусихин, Н.Н.Леденцов, А.Е.Жуков, А.П.Васильев, А.Р.Ковш, С.С.Михрин, Е.С.Семенова, Н.А.Малеев, Е.В.Никитина, В.М.Устинов, Ж.И.Алферов "Мощные лазеры на квантовых точках InAs-InGaAs спектрального диапазона 1.5 мкм, выращенные на подложках GaAs" ФТП, 2004, 38(6), 763-766

121 I Novikov, N Yu Gordeev, М V Maximov, Yu M Shernyakov, A E Zhukov, A P Vasil'ev, E S Semenova, V M Ustinov, N N Ledentsov, D Bimberg, N D Zakharov and P Werner. «Ultrahigh gain and non-radiative recombination channels in 1.5 /лп range metamorphic InAs-InGaAs quantum dot lasers on GaAs substrates», Semicond. Sci. Technol. 20 (2005) 33-37

Заключение

Метаморфный буферный слой In(Ga)(Al)As осаждаемый на подложку GaAs служит «новой виртуальной подложкой», с постоянной решетки значительно отличающейся от постоянной решетки GaAs, на которой и осуществляется дальнейший рост.

Применение концепции метаморфного роста позволяет значительно увеличить оптимизации характеристик, а также расширить функциональные возможности полупроводниковых приборов выращиваемых на подложках GaAs методом молекулярно-пучковой эпитаксии.

Такой подход дает возможность уменьшить ширину запрещенной зоны материала активной области светоизлучающей гетероструктуры, позволяя, таким образом, продвинуться в более длинноволновую область спектра. Это актуально с точки зрения создания лазеров на 1.3 и 1.55 мкм для оптоволоконных линий связи. Также меньшая эффективная масса электронов в InGaAs (по сравнению GaAs) дает возможность увеличить подвижность электронов, что позволяет улучшить характеристики модулировано легированных гетероструктур на подложке GaAs, создаваемых с использованием концепции метаморфного роста.

В ходе данного исследования поставленные задачи были решены и получены следующие основные результаты:

1) В рамках метаморфного подхода были исследованы три типа переходного буферного слоя:

- с постоянным составом,

- с линейно-градиентным изменением состава со ступенчато-градиентным изменением состава Найдены оптимальные условия выращивания метаморфных слоев позволяющие получать наиболее гладкую морфологию поверхности, а так же предотвратить прорастание дислокаций в верхние рабочие слои.

Для буферного слоя с постоянным составом максимально возможное содержание индия, удовлетворяющее качеству слоев -22%, для буферного слоя со ступенчато-градиентным изменением состава - 42%, для буферного слоя с линейно-градиентным изменением состава - 53%

2) Показано, что выращивание метаморфных слоев при более низких температурах (300-400 °С) способствует формированию микрорельефа поверхности, как способу релаксации упругого напряжения (плотность прорастающих дислокаций <106см"2), тогда как при выращивании таких слоев при более высоких температурных режимах (450-500 °С) начинает преобладать механизм -образование прорастающих дислокаций (плотность прорастающих дислокаций ~109см"2).

3) Релаксация упругого напряжения метаморфных слоев InxGa!xAs (х=0.2 и выше), определенная с помощью измерений рентгеновских кривых качания около ассиметричного рефлекса (115) GaAs, может составлять 100 % при оптимальных конструкциях и режимах эпитаксиальиого роста

4) Метаморфные слои InAlGaAs с содержанием In ~20-22%, легированные примесями n-типа (Si) или р-типа (Be) демонстрируют, при условии содержания А1~0-30%, совокупность электрических характеристик (проводимость, концентрацию свободных носителей заряда, подвижность), позволяющую использовать такие слои в качестве компонентов лазерной структуры (эмиттеры, контактный слой, проводящий буферный слой).

5) Метаморфные слон InxGaAs и InxAlAs с содержанием In -52-53%, легированные Si демонстрируют электрические характеристики, сравнимые со слоями того же состава, осажденными на подложку InP.

6) В оптимизированной метаморфной модулировано легированной гетероструктуре подвижность электронов составила 8100см2/Вс при 300 К. При 77 К подвижность составила 33100 см /Вс. Эти значения сравнимы для аналогичных псевдоморфных МЛГС выращенных на подложке InP (11050 см2/Вс при 300 К) и превосходят значения достигаемые в псевдоморфных МЛГС на подложках GaAs (подвижность 6200 см2/Вс при 300 К).

7) Впервые продемонстрирована лазерная генерация в метаморфной структуре, выращенной на подложке GaAs. Без использования массивов самоорганизующихся квантовых точек или азотсодержащих квантовых ям достигнута длина волны генерации в спектральном диапазоне 1.3 мкм при комнатной температуре. В качестве активной области лазера использованы квантовые ямы InGaAs. В лазерах полосковой конструкции шириной 100 мкм продемонстрирована лазерная генерация при комнатной температуре на длине волны 1.29 мкм с минимальной пороговой плотностью тока 3.3 кА/см2 (0.4 кА/см2 при 85К).

1. L. D. Nguyen, L. Е. Larson, and U. К. Mishra, Proc. IEEE 80, 494, (1992)

2. W.E. Hoke, T.D. Kennedy, A. Torabi, C.S. Whelan, P.F. Marsh, R.E. Leoni, C. Xu, K.C. Hsieh, J. Cryst. Growth 251, 827 (2003)

3. M.Behet,K.Van der Zanden,G.Borghs. Appl.Phys. Lett.13, 2760, (1998)

4. T.Mishima,K.Higuchi,M.Mori/.Crystal Growth, 150, 1230, (1995)

5. G. Park, О. B. Shchekin, D. L. Huffaker, and D. G. Deppe, IEEE Photon. Technol. Lett. 13(3), pp.230-232 (2000)

6. G. T. Liu, A. Stinz, H. Li, Т. C. Newell, A. L. Gray, P. M. Varangis, K. J. Malloy, and L. F. Lester, IEEE J. Quantum Electron. 36(11), pp. 1272-1279 (2000).

7. A. R. Kovsh, N. A. Maleev, A. E. Zhukov, S. S. Mikhrin, A. P. Vasil'ev,

8. Yu. M. Shernyakov, M. V. Maximov, D. A. Livhsits, V. M. Ustinov, Zh. I. Alefrov, N. N. Ledentsov, D. Bimberg, Electron. Lett. 38(19), pp.1104-1106 (2002).

9. J. A. Lott, N. N. Ledentsov, A. R. Kovsh, V. M. Ustinov and D. Bimberg, IEEE LEOS Annual Meeting Conf. Proc., vol. 2, pp. 499-500, 2003

10. A. Yu. Egorov, D. Bemklau, B. Borchert, S. Illek, D. Livshits, A. Rucki, M. Schuster, A. Kaschner, A. Hoffmann, Gh. Dumitras, M. C. Amann, H. Riechert, J. Cryst. Growth 227-228, pp.545-552 (2001).

11. N. Tansu, N. J. Kirsh, and L. J. Mawst,Appl. Phys. Lett. 81(14), pp.2523-2525 (2002).

12. F. C. Frank and J. H. van der Merwe, Proc. Roy. Soc. (London) A 198 (1949) 216.

13. J. H. Van der Menve, J. Appl. Pfiys. 34, 117, (1963)1 7

14. J. H. van der Merwe, in: Single Crystal Films (Pergamon, New York, 1964) p. 139.

15. J. W. Matthews, A. E.Blakeslee, J. Cryst. Growth, Vol. 27, P. 118, (1974)

16. R.People, J.C.Bean, Appl.Phys. Lett. 47(3), 322, (1985)

17. F.R.N.Nabarro, Theory of crystal dislocations (Clarendon,Oxford,1967) p. 75

18. J.C.Bean, L.C.Feldman, A.T.Fiory, S.Nakahara, I.K.Robinson J.Vac.Sci.Technol. A 2,436(1984)

19. R.Hull, A.T.Fiory, J.C.Bean, J.M.Gibson, L.Scott, J.L.Benton, S.Nakahara, in Proceedings of the Thirteenth International Conference on Defects in Semiconductors (Metallurgical Society of AIME, Warrendale), p.505, (1984)

20. J W Matthews, S Mader, T В Light, J. Appl. Phys. 41, 3800, (1970)

21. В W Dodson, J Y Tsao, Appl. Pliys. Lett. 51, 1325, (1987)

22. DC Houghton, J. Appl. Phys. 70, 2136, (1991)

23. R Hull, J С Bean, С Buescher, J. Appl. Phys. 66, 5837, (1989)

24. В A Fox, W A Jesser, J. Appl Phys. 68, 2801, (1990)

25. D D Perovic, D С Houghton, Inst. Phys. Conf. Ser. 146, 117, (1995)

26. J. S. Speck, M. A. Brewer, G. E. Beltz, A. E. Romanov, W. Pompe, J. Appl. Phys. 80, 3808,(1996).

27. A. E. Romanov, W. Pompe, G. E. Beltz, J. S. Speck, Appl. Phys. Lett.69, 3342, (1996) 21 A. E. Romanov, W. Pompe, G. Beltz, J. S. Speck, Phys. Status Solidi В 198, 599,1996)

28. A. E. Romanov, W. Pompe, G. Beltz, J. S. Speck, Phys. Status Solidi В 199, 33,1997)

29. G. E. Beltz, M. Chang, J. S. Speck, A. E. Romanov, W. Pompe, Philos. Mag. A 76, 807,(1997)

30. M. Y. Martisov, A. E. Romanov, Sov. Phys. Solid State 33, 1173, (1991)

31. A. E. Romanov, W. Pompe, S. Mathis, G. E. Beltz, J. S. Speck, J. Appl. Phys. 85 (1), 182,(1999)

32. L. B. Freund, Mater. Res. Bull. 17, 52, (1992)

33. L. B. Freund, J. Appl. Phys. 68, 2073, (1990)

34. V. T. Gillard, W. D. Nix, L. B. Freund, J. Appl. Phys. 76, 7280, (1994)

35. J. Y. Tsao, Materials Fundamentals of Molecular Beam Epitaxy (Academic, New York, 1993)

36. M.T. Bulsara, C. Leitz, E.A. Fitzgerald, Appl. Phys. Lett. 72, 1608, (1998).

37. B. Lee, J.H. Baek, J.H. Lee, S.W. Choi, S.D. Jung, W.S. Han, E.H. Lee, Appl. Phys. Lett. 68,2973,(1996).

38. A. Sacedon, F. Gonzalez-Sanz, E. Calleja, E. Munoz, S.I. Molina, F.J. Pacheco, D. Araujo, R. Garcia,M. Lourenzo, Z. Yang, P. Kidd, D. Dunstan, Appl. Phys. Lett. 66 , 3334,(1995).

39. W.E. Hoke, C.S. Whelan, P.F. Marsh, The International Conference on Compound Semiconductor Manufacturing Technology (2001)

40. M.Haupt, К. Kohler, P.Ganser, S.Muller, Journal of Crystal Growth 175/176, 1028, (1997)

41. K. Yuan, K. Radhakrishnan, H.Q. Zheng, G.I. Ng, J. Vac. Sci. Technol. В 19, 119, (2001).

42. Z.Griffith, Y.M.Kim, M.Dahlstrom, A.C. Gossard, M. J. W. Rodwell, IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, 25(10), 675, (2004)

43. K. Radhakrishnan, K. Yuan, WangHong, Journal of Crystal Growth 261, 16, (2004)

44. M. Haupt, K. Kohler, P. Ganser, S. Emminger, S. Muller, K. Rothemund, Appl. Phys. Lett. 69,412, (1996).

45. R. Lai, H. Wang, Y.C. Chen, Proc. Indium Phosphide and Related Materials (IPRM), 241,(1997).

46. K. Van der Zanden, M. Behet, G. Borghs, The International Conference on Compound Semiconductor Manufacturing Technology, (1999)

47. J.Tersoff, Appl. Phys. Lett. 62, 693, (1993)

48. G.Salviati, C.Ferrari, L.Lazzarini, S.Franchi, A.Bosacchi, F.Taiariol, M.Mazzer, C.Zanotti-Fregonara, F.Romanato, A.V.Drigo, Int.Phys.Conf. Series 146, 335, (1995)

49. A.Sacedon, F.Gonzalez-Sanz, E.Calleja, E.Munoz, S.I.Molina, F.J.Pacheco, D.Araujo, R.Garcia, M.Lourenco, Z.Yang, P.Kidd, D.Dunstan, Appl. Phys. Lett. 66, 3334, (1995)

50. S.D.Kim, H.Lee, J.S.Harris, J.Crystal Growth 141, 37, (1994)

51. W.E.Hoke,P.J.Lemonias,J.J.Mosca,J.Vac.Sci. Technol.B 17 (3) 1131, (1999)

52. M.Zaknoune,B.Bonte,C.Gaquiere,IEEE Electron Device Lett.19 (9), 345, (1998)

53. Guanwu Wang,Youngkai Chen,William J.Scha ,IEEE Trans.Electron Devices 35(7), 818,(1988).

54. J.F.Valtuena, A.Sacedon, A.L.Alvarez, I.Izpura, F.Calle, E.Calleja, G.VfcPherson, P.J.GoodHew, F.J.Pacheco, R.Garcia, S.I.Molina, Journal of Crystal Growth 182, 281 (1997)

55. H.Li, G.Springholz, F.Schaffer, G.Bauer, J.Vac.Sci. Technol. В 16, 1610, (1998)

56. J.-M. Chauveau, Y. Cordier,H.J.Kim, D. Ferre, Y.Androussi, J. DiPersio, J. of Crystal Growth, 251,112, (2003)

57. J.P.Hirt, J.Lothe, Theory of dislocations, Wiley-Interscience, New York, 1982

58. J.E. Ayers, S.K.Ghandhi, L.J.Schowalter, J. of Crystal Growth, 113, 430, (1991)

59. G.Grenet, M.Gendry, M.Oustric, Y.Robach, L.Porte, G.Hollinger, O.Marty.M.Pitaval,C.Priester, Appl.Surf.Sci.123/124,324, (1998)

60. R.Beanland, M.Aindow, T.B.Joyce, P.Kidd, M.Lourenco, P.J.Goodhew, J. of Crystal Growth 149, 1,(1995)

61. R.A.Burmeister, G.P.Pighini, P.E.Greene, Trans. TMS-AIME 245, 587, (1969)

62. S.Kishino, M.Ogirima, K.Kurata, J.Electrochem. Soc.l 19, 617 (1972)

63. G.H.Olsen, J.Crystal Growth 31, 223, (1975)

64. J.W.P.Hsu, E.A.Fitzherald, Y.-H. Xie, Silverman, M.J.Cardillo, Appl. Phys. Lett., 61, 1293,(1992)

65. H.Booyens, M.B.Small, R.M.Potenski, J.H.Basson, J. Appl. Phys.52, 4328, (1981)

66. G.H.Olsen, C.J.Nuese, R.T.Smith, J. Appl. Phys. 49, 5523, (1978)

67. S.Fujii, H.Susawa, S.Sakai, M.Umeno, Jap. J. Appl. Phys. 26, 112, (1987)6S K.L.Kavanagh, M.A.Capano, L.W.Hobbs, P.M.J.Maree, W.Schaff, J.W.Mayer, J.C.Barbour, D.Pettit, J.M.Woodal, J.A.Stroscio, R.M.Feenstra, J. Appl. Phys 64, 4843, (1988)

68. E.A.Fitzherald, G.P.Watson, R.E.Proano, D.G.Ast, P.D.Kirchner, G.D.Pettit, J.M.Woodal, J. Appl. Phys 65, 2220, (1989)

69. K.H.Chang, R.Gibala, D.J.Srolovitz, P.K.Battacharya, J.F.Mansfield, J. Appl. Phys 67, 4093,(1990)

70. S.F.Yoon, J. Vac. Sci. Technol. B11, 562, (1993)

71. T. Nishioka, Y.Itoh, A.Yamamoto, M.Yamaguchi, Appl. Phys. Lett. 51 1928, (1987)

72. S.V.Samavedam, E.A.Fitzherald, J. Appl.Phys. 81, 3108, (1997)

73. J.M.Woodal, P.D.Kichner, D.L.Rodgers, V.Chisholm, IEEE/Cornel Conf. (1987)

74. J. W. Matthews, A. E.Blakeslee, J. Cryst. Growth, 29, 273, (1975)

75. L.K. Howard, P.Kidd, R.H.Dixon, J. of Crystal Growth, 125, 281, (1992)

76. F.Glas, J. Appl. Phys. 62, 3201, (1987)

77. J.C.P. Chang, J. Chen, J.M. Fernandez, H.H. Wieder, K.L. Kavanagh, Appl. Phys. Lett. 60,1129,(1992)

78. K.L. Kavanagh, J.C.P. Chang, J. Chen, J.M. Fernandez, H.H. Wieder, J. Vac. Sci. Technol. В 10, 1820,(1992)so J.-I. Chyi, J.-L. Shieh, J.-W. Pan, R.-M. Lin, J. Appl. Phys. 79, 8367, (1996).

79. A.Bosacchi, A.C.De Riccardis, P.Frigeri, S.Franchi, C.Ferrari, S.Gennari, L.Lazzarini, L.Nasi, G.Salviati, A.V.Drigo, F.Romanto, J. of Crystal Growth 175/176, 1009, (1997)

80. J.A. Olsen, E.L. Hu, S.R. Lee, I.J. Fritz, A.J. Howard, B.E. Hammons, J.Y. Tsao, J. Appl. Phys. 79,3578,(1996)

81. E.Towe, D.Sun, B.R.Bennet, J. Vac.Sci.Technol., B12, 1099, (1994)

82. J.Chen, J.M. Fernandez, J.C.P.Chang, K.L.Kavanagh, H.H.Wieder, Semicond.Sci.Technol, 7, 601, (1992)

83. F. Capotondi, G. Biasiol,T, D. Ercolani, V. Grillo, E. Carlino, F. Romanato, L. Sorba,

84. Thin Solid Films, 484, 400, (2005)86

85. F. Romanato, E. Napolitani, A. Camera, A.V. Drigo, L. Lazzarini, G.Salviati, C. Ferrari, A. Bosacchi, S. Franchi, J. Appl. Phys. 86, 4748, (1999)

86. Ch. Heyn, S. Mendach, S. L.ohr, Journal of Crystal Growth 251, 832, (2003)

87. T.Schweizer, K.Kohler, P.Ganser, Appl. Phys. Lett. 60, 4696 (1992)

88. Y. Cordier, D. Ferre, J.-M. Chauveau, J. DiPersio, Appl. Surf. Sci. 166, 442, (2000).

89. Y. Cordier, J.-M. Chauveau, D. Ferre, J. diPersio, J. Vac. Sci. Technol. В 18, 2513, (2000).

90. Y. Cordier, P. Lorenzini, J.-M. Chauveau, D.Ferre, Y.Androussi, J.DiPersio, D.Vignaud, Journal of Crystal Growth 251, 822 (2003)

91. P.Win, V.Druelle, A.Cappy, Y.Cordier, J.Favre, C.Bouillet, Appl. Phys. Lett. 61, 922, (1992)

92. T.P. Chin, H.Q. Hou, C.W. Tu, J.C.P. Chang, N. Otsuka, Appl. Phys. Lett. 64, 2001, (1994).

93. A.K. Kim, W.S. McCullough, E.A. Fitzgerald, J. Vac. Sci. Technol. В 17, 1485, (1999).

94. О. Blakenov, D. Lubyshev, Y. Wu, X.-M. Fang, J.M. Fastenau, L. Leung, F.J. Towner, A.B. Cornfeld, W.K. Liu, J. Vac. Sci. Technol. В 20, 1200, (2002)

95. P. Chu, C.L. Lin, H.H. Wieder, Thin Solid Films 166, 155, (1988)

96. K. Inoue, J.C. Harmand, T. Matsuno, J. Crystal Growth, 111, 313, (1991)

97. Y. Cordier, S.Bollaert, M.Zaknoune, J.diPersio, D.Ferre, Jpn. J. Appl. Phys. 38 (Parti, No. 2B), 1164,(1999)

98. Heidenrreich, R. D. Fundamentals of Transmission Electron Microscopy, Intersience, New York (1964)

99. Hirsh, P. B. Howie, A. Nicholson, R. B. Pashley, D. W. and Whelan, M. J. Electron Microscopy of Thin Cryestal, Butterworths, London.

100. Amelincks, S. Gevers, R. Remault, G. and Van Landayt, J. Modern Diffraction and Imaging Techniques in Material Science. North Holland, Amsterdam. (1970)

101. Howie, A. Whelan, M. J. Diffraction Contrast of Electron Microscope Images of Crystal Lattice Defects. The Development of Dynamical Theory. Proc. Roy. Soc. 263 A. (1313), 217 (1961).

102. V. Swaminathan, A.T. Macrander "Materials aspects of GaAs and InP based structures", Printice Hall, Englewood Cliffs, New Jersay, (1999)