Роль структуры поверхности в формировании слоев GaAs и AlGaAs методом молекулярно-лучевой эпитаксии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РГб од

1 о и ш

На правах рукописи

Преображенский Валерий Владимирович

РОЛЬ СТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ В ФОРМИРОВАНИИ СЛОЕВ (ЗаАя и АЮаАя I МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВОЙ ЭПИТАКСИИ

Специальность 01.04.07- физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Новосибирск - 2000

Работа выполнена в Институте физики полупроводников Сибирского отделения Российской Академии наук

Научные руководители:

доктор физико-математических наук Пчеляков Олег Петрович кандидат физико-математических наук Лубышев Дмитрий Иванович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

Шумский Владимир Николаевич

кандидат физико-математических наук Величко Александр Андреевич

Ведущая организация:

Сибирский физико-технический институт им. ак. В.Д. Кузнецова, г. Томск

Защита состоится "18" апреля 2000 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета К 003.05.01 при Институте физики полупроводников Сибирского отделения РАН по адресу: 630090, г. Новосибирск-90, пр. ак. Лаврентьева, 13.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики полупроводников СО РАН.

Автореферат разослан

марта 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физ.-мат. наук, профессор

А.В. Двуреченский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие средств связи и информационных технологий идет в настоящее время по пути увеличения скорости передачи и обработки информации. Это выдвигает жесткие требования к элементной базе электроники, прежде всего к повышению рабочих частот приборов. Основными направлениями решения этой задачи являются: уменьшение геометрических размеров отдельных элементов, переход от планарных устройств к вертикальным, применение новых материалов, особенно соединений АЗВ5, создание приборов, работающих на новых физических принципах. И здесь возможности метода молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), обеспечивающего прецизионный контроль толщины выращиваемых структур, профилей легирования, состава, близкое к идеальному качество гетерограниц, оказались как нельзя кстати. Уникальные возможности этого метода позволили ему в короткий срок пройти путь от лабораторных установок до промышленного производства. В настоящее время метод МЛЭ занимает около 75% мирового рынка эпитаксиальных технологий. Несмотря на достигнутые успехи, полного понимания процессов, происходящих на поверхности кристалла даже при гомоэпитаксии, еще не достигнуто.

Совместимость метода МЛЭ с методами исследования поверхности позволяет изучать явления на поверхности роста непосредственно в процессе эпитаксии. В результате проведения таких исследований во второй половине 70" годов была предложена модель роста СаАя при МЛЭ, известная как модель Фоксона-Джойса. Согласно этой модели существует значительная разница в процессах формирования слоев из пучков молекул Аз4 и Ая2. Предполагалось, что при росте из пучка молекул Аяд происходит парная диссоциация молекул Аб4 на двух соседних атомах Оа. При этом 4 атома Аз встраиваются в растущий слой, а оставшиеся 4 атома образуют молекулу Аб4, которая десорбируется с поверхности, поэтому коэффициент встраивания Ая (Баз) не превышает значения 0,5. При встраивании же молекул Аб2 происходит простая диссоциативная хемосорбция, и достигает единицы. Баз определяется как отношение потока Ая, встроившегося при МЛЭ ОаАй к полному потоку мышьяка, поступавшему к поверхности роста. За время, прошедшее с момента появления этой модели, были получены экспериментальные данные, которые ей противоречат. Кроме того, модель не учитывает влияние структуры поверхности на процессы роста.

Этим определяется актуальность исследования процессов встраивания мышьяка при МЛЭ ОаАэ. В результате может быть получена новая информация о влиянии на этот процесс структуры поверхности роста и молекулярной формы мышьяка в падающем потоке. Это позволит глубже понять процессы, протекающие на ростовой поверхности при МЛЭ ОаАя. Большой интерес и актуальность представляет также установление зависимости между структурным состоянием поверхности соединений при МЛЭ и качеством формируемых между ними гетерограниц.

Изучение процессов роста при МЛЭ невозможно без контроля основных параметров: температуры подложки (Ts) и плотности молекулярных потоков, поступающих к поверхности. Именно эти параметры, а так же чистота материалов, являющихся источниками молекулярных потоков, и вакуумные условия в зоне эпитаксии определяют свойства выращиваемых структур. Поэтому контроль ростовых параметров является основной задачей метода МЛЭ.

Постоянный контроль возможен in situ лишь методами, которые при этом не должны влиять на свойства растущих слоев. Одним из таких методов для соединений АЗВ5 является дифракция быстрых электронов на отражение (ДБЭО). ДБЭО дает информацию о структуре поверхностного слоя кристалла и ее изменении в процессе роста. Наличие на поверхностях {100} соединений АЗВ5 целого ряда поверхностных структур (ПС), существование которых зависит от параметров роста, делает возможным применение метода ДБЭО для контроля этих параметров при МЛЭ. Поэтому является актуальным установление ряда ПС для основных соединений АЗВ5, определение областей их существования в зависимости от Ts и плотности падающих молекулярных потоков (построение фазовых диаграмм (ФД) поверхностей) и разработка на этой основе методики измерения этих параметров.

Цель данной работы состояла в исследовании роли структуры поверхности в формировании слоев GaAs и AlGaAs методом МЛЭ. Для достижения этой цели при выполнении работы решались следующие задачи:

1. Разработка методики прямого измерения поступающего к подложке потока мышьяка при МЛЭ GaAs.

2. Исследование встраивания мышьяка в широком диапазоне условий МЛЭ GaAs с применением потоков молекул As4 и As2.

3. Определение методом ДБЭО ряда поверхностных структур для GaAs(OOl), AlAs(OOl) и Alo,3Gao,7As(001) при МЛЭ, построение фазовых диаграмм поверхностных структур для этих поверхностей при МЛЭ, исследование влияния молекулярной формы мышьяка на фазовые диаграммы поверхностных структур GaAs(OOl) при МЛЭ GaAs.

4. Разработка методики контроля параметров роста при МЛЭ, обеспечивающей их воспроизводимость.

5. Определение зависимости между структурным состоянием поверхности Alo.3Gao,7As(001) при МЛЭ и качеством формируемых гетерофаниц

GaAs/AÍo.3Gao.7As(001).

Научная новизна работы состоит в том, что:

1. Предложена и обоснована методика прямого измерения потока As, основанная на применении кварцевого измерителя толщины. Это позволило исследовать процессы адсорбции и десорбции As из потока молекул Айг и As4 на поверхностях, покрытых мышьяком, и экспериментально определить энергии активации этих процессов.

2. Впервые построены фазовые диаграммы поверхностных структур для GaAs(OOl), AlAs(OOl) и Alo,3Gao;7As(001) с использованием прямых измерений температуры подложки и падающих потоков. Это позволило определить энергии активации для переходов между поверхностными структурами на GaAs(OOl), AlAs(OOl) и Al0i3Gao,7As(001) и на основе экспериментальных данных построить кинетическую модель роста, описывающую положение границ переходов между поверхностными структурами на фазовой диаграмме GaAs(OOl) при МЛЭ.

3. Проведено систематическое исследование зависимости встраивания мышьяка при МЛЭ GaAs на GaAs(OOl) из потоков молекул As4 и As2 от температуры подложки и плотности потока As. Впервые экспериментально установлено, что встраивание мышьяка при МЛЭ GaAs зависит от того, какая поверхностная структура имеет место на ростовой поверхности. Найдено, что встраивание As при данных условиях роста не зависит от молекулярной формы As, поступающего к ростовой поверхности. Максимальный коэффициент встраивания As из потоков As4 и As2 при МЛЭ GaAs близок к единице.

4. Впервые исследовано влияние молекулярной формы мышьяка на фазовые диаграммы поверхностных структур GaAs(OOl) при МЛЭ. Найдено, что для поддержания заданной стехиометрии поверхности при МЛЭ из пучка молекул as4 и As2 требуется одинаковое количество мышьяка, поступающего на поверхность, независимо от его молекулярной формы. Это позволяет сделать предположение о том, что при росте GaAs происходит простая, а не парная диссоциативная хемосорбция молекул AS4.

5. Впервые исследована зависимость температуры перехода между поверх-постными структурами на GaAs(001) от скорости нагрева подложки в условиях СВВ. Показано, что при увеличении скорости нагрева подложки в условиях СВВ температура перехода между поверхностными структурами стремится к постоянному значению. Температура перехода с(4х4) в (2x4) стремится к значению 711К, температура перехода (2x4) в (3x6) - к 811К. Предложена кинетическая модель этого процесса.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1. Построенные фазовые диаграммы поверхностных структур для GaAs(OOl) и Alo,3Gao/7As(001) позволяют выбирать оптимальные условия роста многослойных гетероструктур.

2. Экспериментально определены коэффициенты относительной чувствительности ионизационного вакуумметра тала Баярда - Альперта по мышьяку в форме As4 и As2> что позволяет достоверно измерять потоки дилеров и тет-рамеров мышьяка по манометрическим измерениям.

3. Показано, что применений молекулярных источников мышьяка с зоной крекинга не оправдано с точки зрения экономии мышьяка.

4. Предложен метод "фазовых диаграмм" для определения и контроля ростовых параметров при МЛЭ GaAs.

5. Разработана методика измерения плотности потоков мышьяка кварцевым измерителем толщины.

6. Определена температура стенок ростовой камеры, при которой адсорбция мышьяка становится доминирующей (происходит "вымораживание" потока мышьяка). Это 15°С для мышьяка в форме As2 и минус 10°С для мышьяка в форме As4.

7. Результаты, полученные в данной работе, были использованы при разработке технологии выращивания гетероструктур GaAs/AlxGai.xAs для транзисторов СВЧ-диапазона, резонансно-туннельных диодов и диодов Ганна с двухбарьерным инжектором электронов в рамках тем ИфП СО РАН "Нано-элемроника-С", "Президент", "Парус".

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Методика прямого измерения потока мышьяка при МЛЭ GaAs.

2. Экспериментальные результаты по адсорбции мышьяка As из потока молекул as2 и as4 на поверхностях, покрытых мышьяком.

3. Результаты экспериментального исследования зависимости встраивания мышьяка при МЛЭ GaAs на GaAs(001) из потоков молекул AS4 и As2 от температуры подложки и плотности потока As.

4. Фазовые диаграммы поверхностных структур для GaAs(001), AlAs(OOl) и Alo,3Gao,7As(001) при МЛЭ.

5. Экспериментальные результаты по определению зависимости температуры перехода между поверхностными структурами на GaAs(OOl) от скорости нагрева подложки в условиях сверхвысокого вакуума.

6. Результаты экспериментального исследования влияния молекулярной формы мышьяка на фазовые диаграммы поверхностных структур GaAs(OOl) при МЛЭ.

7. Метод "фазовых диаграмм" для контроля и воспроизведения параметров роста при МЛЭ GaAs.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на УП-й Всесоюзной конференции по росту кристаллов (Москва, 1988), 1-ом Международном совещании по молекулярно-лучевой эпитак-сии (Варшава, Польша, 1994), 23-м Международном симпозиуме по полупроводниковым соединениям (Санкт Петербург, 1996), Х-й Международной конференции по молекулярно-лучевой эпитаксии (Каины, франция, 1998), IV-й Российской конференции по физике полупроводников "Полупроводни-ки-99" (Новосибирск, 1999).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ, список основных работ приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, заключения, списка литературы и приложения. Объем работы составляет 146 страниц текста, 49 рисунков, 3 таблицы, список литературы из 222 названий и приложение (протокол испытания транзисторов).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована постановка задачи и сформулирована цель исследования, изложены основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая ценность работы, дана краткая аннотация диссертации.

В первой главе дан обзор литературы по современному состоянию вопросов, обсуждаемых в диссертации. В нем отражены существующие представления о механизмах роста в процессе МЛЭ соединений АЗВ5, методы контроля in situ параметров слоев и условий роста. Приводятся данные о структуре и свойствах поверхности GaAs(OOl) при МЛЭ, о влиянии молекулярной формы мышьяка на рост и свойства пленок. Рассмотрена взаимосвязь между типом ПС на GaAs(OOl) и химическим составом верхнего слоя кристалла. Проведенный анализ литературных данных показал:

• Существует противоречие между существенной разницей в механизмах роста из пучков молекул As2 и As4, вытекающей го модели Фоксона-Джойса, с одной стороны, и отсутствием непротиворечивых данных о влиянии этой разницы на свойства эпитаксиальных пленок, выращенных из потоков AS2 и As4.

• Отсутствуют достоверные данные о коэффициенте встраивания As при МЛЭ из пучка молекул As4. Эти сведения могли бы подтвердить или подвергнуть сомнению справедливость модели Фоксона-Джойса.

• Наличие на поверхностях АЗВ5(001) большого количества ПС. Области существования ПС зависят от падающих потоков и Ts. Сведения, приводимые разными авторами о последовательности ПС на GaAs(OOl) и областях их существования, значительно отличаются друг от друга.

• Сложность измерения потоков молекул мышьяка и Ts существенно затрудняет сопоставление экспериментальных результатов, полученных в разных лабораториях и па разных установках.

• Существует "запрещенная зона" по Ts при МЛЭ тройных растворов AlxGabxAs. Рост при этих Ts приводит к деградации свойств выращенных структур. Разброс литературных данных по определению этой области температур связан с ее зависимостью от потока As.

На основе сделанного обзора формулируются основные задачи диссертационной работы.

Во второй главе приводится описание установки МЛЭ, специально созданной для проведения данной работы. Описаны разработанные узлы установки, процедура предэпитаксиальной подготовки подложек GaAs(001). Приведены методики исследования процессов роста и структуры поверхности с помощью метода ДБЭО, разработанные методики измерения плотности молекулярных потоков и температуры подложки. Кратко рассмотрены методики, использованные в работе для характеризации выращенных структур.

Установка МЛЭ спроектирована на базе вакуумного объема системы "Штат". Основной особенностью конструкции является возможность проведения измерений плотности поступающих к подложке молекулярных потоков с помощью ионизационного вакуумметра (ИВ) и кварцевого измерителя толщины (КИТ) в той точке камеры, в которой во время эпитаксии находится подложка и процессы роста контролируются методом ДБЭО. Ts измерялась термопарой, закрепленной в отверстии молибденового держателя на расстоянии 0,4 мм от поверхности, к которой с помощью индия закреплялась подложка. Для получения потока AS2 был изготовлен оригинальный молекулярный источник (МИ) с двумя зонами нагрева. Зона сублимации As и высокотемпературная зона крекинга (ЗК) помещались в общий корпус. Это не позволяло молекулам AS4 покинуть МИ, минуя ЗК. Было найдено, что при температуре ЗК 950°С 92% мышьяка покидало МИ в виде молекул As2.

Примененная в работе методика определения встроившихся при МЛЭ потоков галлия и мышьяка, основанная на регистрации осцилляций интенсивности зеркального рефлекса (ЗР) картины ДБЭО (ДБЭО-осцилляций) в начальный момент процесса МЛЭ. Период осцилляции всегда соответствует времени роста одного монослоя GaAs стехиометриче-ского состава. В случае если рост идет при избыточном потоке As, то скорость роста Vpocra GaAs определяется потоком Ga, и ДБЭО-осцилляции отражают кинетику встраивания Ga (Ga-ДБЭО-осцшшяции). Если рост идет в условиях избытка Ga, то У рот лимитируется потоком As, и ДБЭО-осцилляции отражают кинетику встраивания As (As-ДБЭО-осцилляции).

Описана разработанная конструкция датчика КИТ, позволяющая проводить измерения плотности падающих молекулярных потоков на позиции подложки. Конструкция позволяет изменять и контролировать температуру кварцевого резонатора. Показано, что плотность потока вещества, напыляемого на датчик КИТ, определяется независимо от плотности пленки, образующейся на поверхности кварцевого резонатора.

Третья глава посвящена исследованию зависимости скорости встраивания мышьяка и Sas из потока молекул As4 от Ts и интенсивности падающего потока AS4 при МЛЭ GaAs. Приведены также данные сравнительных экспериментов по встраиванию As из потоков AS4 и AS2 при МЛЭ GaAs. Описаны результаты исследования с помощью КИТ взаимодействия потоков As2 и AS4 с поверхностью, покрытой мышьяком.

Для определения рабочей температуры датчика КИТ при измерении потоков As было проведено изучение процессов адсорбции и десорбции молекул As2 и As4 на поверхности, покрытой мышьяком. Для этого была построена зависимость скорости напыления As из потока As2 и As4 на кварцевый резонатор датчика КИТ от его температуры. Результаты представлены на рис. 1.

Температура подложка,

Данные на рис. 1 показывают

100 80 60

-20

существенную разницу в характере процессов адсорбции и десорбции с участием молекул Аг2 и А^. Для объяснения этой особенности было предположено, что хемосорбция Аб4 из физ. адсорбированного слоя происходит через некоторый промежуточный слой конденсированного со-

2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 Температура подложки 1000ЛГ, 1/К

стояния. Из наклона зависимостей

1 уул нидмиАЛП 4, 1/14

Рис. 1. Зависимость скорости напыления на рис. 1 на основании предложен-Ав на датчик КИТ от температуры датчи- ных моделей процессов взаимодей-

стью, покрытой мышьяком, найдено, что разность между энергией активации десорбции и хемосорбции As2 из физ. адсорбированного состояния составляет 0,25 эВ±0,03 эВ (24+3 кДж/моль), а энергия активации десорбции As4 из промежуточного состояния составляет 1,0эВ±0,1эВ (96±10 кДж/моль).

Значения коэффициентов относительной чувствительности ионизационного вакуумметра по As2 0lAs2) и по As4 (tias^) вычислялись через величину г) для атомов Al, которая известна с высокой точностью. Плотность потока Al определялась по ДБЭО-осцилляциям, As4 и As2 - КИТ, эквивалентные давления в потоках - ионизационным вакуумметром ВИ-14. Найдено, что Г)аз4=6, 8+0,2 и t|As2=4,0±0,15.

Встраивание As из потока молекул AS2 и As4 при МЛЭ GaAs, изучалось в широком диапазоне условий эпитаксии в режиме, когда рост пленки лимитирован скоростью поступления As. Записывалась зависимость от времени интенсивности ЗР картины ДБЭО при проведении следующей последовательности действий. На выглаженную поверхность GaAs(OOl) напылялось от 4 до 10 монослоев Ga без потока As. Затем заслонка источника Ga закрывалась, а заслонка As - открывалась. После открытия заслонки As изменение интенсивности ЗР отражало кинетику процесса встраивания As. Из временных зависимостей интенсивности ЗР определялась скорость встраивания As. При проведении данного эксперимента особое внимание уделялось определению ПС при каждом положении заслонок. Результаты экспериментов отражены на рис. 2а и 26. Вертикальными линиями и стрелками на рис. 2а указаны области существования ПС при данных потоках AS4. Эти ПС наблюдались на поверхности роста во время встраивания As. На рис. 2а видно, что зависимость скорости встраивания As от Т5 при постоянном потоке As4 имеет изломы при смене ПС. Это свидетельствует о том, что скорость встраивания As в растущую пленку GaAs зависит от того, какая ПС имеет место на ростовой поверхности. Эта связь более

ка для потоков молекул As4 и As^.

ствия молекул As2 и As4 с поверхно-

tr

a <

к

i

e i

Sl(f

1,2 1,4 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5

Температура подложки 10ОО/Т, 1/K Температура подложки 1000/Г, 1/К

Рис, 2. Зависимость скорости а) и коэффициента б) встраивания As от T¡¡ при МЛЭ GaAs в режиме, когда скорость роста лимитируется плотностью потока мо лекул As4 для разных потоков AS4: □ - 1,2х1013 молекул/см2с; О - 4,Зх1013 молекул/см2с; А - 1,3х1014 молекул/см2с; V - 1,6x1o1'1 молекул/см2с, + - 5x1014 молекул/оЛ; х - 7,8х1014молекулУсм2с. четко проявляется на зависимости SAs от Ts при разных потоках As4. Графики таких зависимостей приведены на рис. 26. Из анализа данных, приведенных на рис. 2а и 26, можно сделать следующие выводы: 1).Sas при МЛЭ GaAs на поверхности GaAs(OOl) из потока As4 и Ga при данной Ts зависит от ПС, которая имеет место на поверхности во время встраивания As. ПС, в свою очередь, при данной Ts определяется потоком As4. В зависимости от Ts и падающего потока As4 на ростовой поверхности с избытком Ga во время встраивания As наблюдаются следующие ПС: (2x4), (3x6), (4x6) и (4x2). 2). Максимальный Sas имеет место при росте с ПС (4x6), при этом с понижением Ts Sas стремится к 1. При росте с ПС (2x4) SAs стремится к значению 0,75. 3) В облаете высоких температур Тр>550°С минимальное значение SA3 наблюдается при росте с ПС (3x6), SAs при ПС (4x2) несколько выше. При высоких Т5 наибольшее значение Sas имеет место при ПС (2x4). ПС (4x6) в этих условиях не наблюдается. 4) Sas резко падает при TS>650"C.

Зависимость Sas от ПС свидетельствует о том, что ПС является важнейшей характеристикой поверхности, определяющей ее химическую активность. Учет этого обстоятельства необходим как при анализе результатов экспериментальных исследований ростовых процессов, так и при построении их теоретических моделей.

Влияние сильно разопретой ЗК на температуру зоны сублимации МИ As не позволяло нам получать стабильные потоки As2 малой интенсивности. Минимальный, стабильный на протяжении длительного времени поток As2 можно было получить при разогретой ЗК и выключенном нагреве зоны сублимации. Этот поток оказался равным 1,25х1015 молекул/см2^ что по количеству вещества сравнимо с максимальным потоком в эксперимен-

Тампература подгожки, с

700 650 600 550 500 450 400

(2-4)

х х X X XX

Ь?^ . ш Лг •

, о° о?

„000 0 е!" №9225%

¿SU J..B

SO"

ЕЬОаВР0' I. («"6) J

1,0 0,9 í 0,8

1 0,7 «

S 0,5

í *

I «i

o

0,1 0,0

Температура подложки, с 700 <50 600 550 500 450 400

О О 8 а □

¿8 °°

X

х

0 :

те с молекулами As4. Была построена зависимость Sas от Ts для этого потока As2 при МЛЭ GaAs по методике, описанной выше. При встраивании As2 в этом эксперименте тфи всех Ts наблюдалась ПС (2x4). Было найдено, что Sas из потока As2 равен Sas из сравнимого по количеству переносимого вещества потока As4- Для проверки этого факта в условиях, когда при встраивании As наблюдаются другие ПС, было проведено сравнение скоростей встраивания As2 и As4 при меньших потоках As. При этом использовалось свойство коротковременной стабильности двухзонного МИ As. Было показано, что в течение 5 минут после резкого изменения температуры ЗК от 400 до 950°С количество As, покидающего МИ, не меняет. Эксперименты были проведены при таких расходах As и Т5, когда на поверхности роста во время напыления As наблюдались ПС (4x6), (4x2), (3x6) и (2x4). Во всех случаях наблюдалось равенство скоростей встраивания As из потоков молекул As4 и As2. ПС, наблюдаемые на ростовой поверхности при напылении As4 и As2 после осаждения Ga, были одинаковыми.

Таким образом, сравнительные эксперименты по встраиванию As из потока молекул As4 и As2 при МЛЭ GaAs показали, что скорость (а, следовательно, и коэффициент) встраивания As не зависит от того, в какой молекулярной форме мышьяк поступает к поверхности роста.

В четвертой главе представлены результаты определения ряда IIC для поверхностей GaAs(OOl), AlAs(001), AJo.3Gao.7As(001) и результаты определения температуры переходов между ПС на GaAs(0Ql) в зависимости от скорости нагрева подложки при отсутствии падающих потоков. Приведены полученные ФД при МЛЭ для поверхностей GaAs(OOl), AlAs(OOl), Alo.3Gao.7As(001) и кинетические модели поверхностных процессов, описывающие положение границ между различными ПС на ФД. Представлены так же результаты сравнения положения границ между ПС на ФД GaAs(OOl) при использовании As в форме молекул As4 и As2. В конце главы описано применение ФД поверхности Alo.3Gao.7As(001) при росте структур с квантовыми ямами.

При отсутствии падающих потоков для GaAs(OOl) был определен следующий ряд ПС в порядке уменьшения отношения As/Ga на поверхности: с(4х4), (2x3), (2x4), (3x6), (4x2). Для AlAs(OOl) - с(4х4), (2x3), (2x4), (3x2). Для Alo.3Gao.7As(001) - с(4х4), (2x4), (5x2), (3x2). Обнаружено, что температура переходов Тц- между ПС на GaAs(001) при увеличении скорости нагрева и подложки стремится к постоянному значению: 811К для перехода (2x4) в (3x1(6)) и 711К для перехода с(4х4) в (2x4). Этот результат может быть использован для калибровки пирометров при оптическом методе контроля Ts в установках МЛЭ. Рассмотрение на основе модели Колмогорова процесса перехода между ПС в условиях СВВ позволило предположить, что найденная нелинейность зависимости IV от и в координа-

тах 1п(и) - 1/Тц связана со снижением энергии активации перехода с ростом температуры.

При построении статических ФД для ОаА$(001), А1Аз(001) и А1о.зОао7А5(001) использовалась подложка ОаАБ(001)±30'. Статические ФД для СаАя(001) представлены на рис. 3 жирными линиями. Общей особенностью статических ФД поверхностей ОаАз(001), А1Ав(001) и А1о.з&ао.7А8(001) является то, что границы между ПС представляют собой прямые линии. Из наклона этих прямых можно рассчитать энергии активации, соответствующие переходам одной ПС в другую. Полученные нами статические ФД для А]о зОао,7^(001) можно считать оригинальными. На ФД для А1о.з^ао 7А5(001) была определена область существования ПС (5x2), впервые обнаруженная нами на этой поверхности.

Граница между ПС на ФД определяет условия, при которых степень покрытия поверхности Ая ©д5 остается постоянной. Учитывая это обстоятельство, была предложена модель, описывающая положение границ между ПС на ФД ОаА5(001). В ней рассмотрен механизм динамической стабилизации реконструированного слоя хемосорбированных адатомов мышьяка на поверхности СтаА$(100) в потоке молекул Аэ^ Согласно этой модели, энергия активации, получаемая из наклона границ между ПС на статической ФД, может быть определена как сумма энергий активации десорбции мышьяка из физ. адсорбированного и хемосорбированного состояний за вычетом энергии активации хемосорбции Ая.

Динамические ФД для ОаА$(001) при скоростях роста 0,2, 0,95 и 2,5 монослоя/с также представлены на рис. 3. Границы между ПС на статических ФД являются асимптотами для границ на динамических ФД. С понижением Т5 резко меняется наклон границ между ПС на динамической ФД. Но вплоть до Т5« 350°С границы между ПС не параллельны оси абсцисс.

Температура подложки, °С

800 750 700 650 600 550 500 450 400 350

Рис. 3. Статические и динамические ФД ОаАв(001) при МЛЭ. 1,5,9 - границы между ПС на статической ФД; 2,3,4 - граница между ПС (3x1) и (4x2) при проста = 2,5, 0,95, 0,2 моносл./с соответственно; 6,7,8 - граница между ПС (2x4) и (3x1) при Урала = 2,5, 0,95, 0,2 моносл./с соответственно; 10 - граница между ПС с(4х4) и (2x4) ПрИ проста = 0,95 моносл./с.

Если, согласно модели Фоксона - Джойса, существует значительная разница в кинетике встраивания димеров и тетрамеров Ай при МЛЭ ОаАз, то это должно отразиться на ФД ОаЛ5(ООГ), полученных с потоками молекул Азг и Аз4. Для проверки справедливости этого заключения нами было определено положение границ между ПС с(4х4), (2x4) и (3x1(6)) на статической и динамической ФД СаА$(001), полученной с использованием потока молекул Аб2, и проведено сравнение с положением этих же границ на ФД, полученной с использованием потока молекул А$4. Найдено, что в пределах ошибки эксперимента, которую мы оцениваем в 10%, положение границ между ПС на ФД СаАз(001), полученных в потоке Аэг, совпадает с положением границ, полученных в потоке Аб4. Таким образом, поддержание постоянной поверхностной стехиометрии СтаАк(001) требует одинакового количества мышьяка, поступающего к поверхности, независимо от его молекулярной формы. Совпадение ФД при использовании мышьяка в различных молекулярных формах также свидетельствует о независимости коэффициентов встраивания мышьяка от того, в виде димеров или тетрамеров попадает он на поверхность роста.

Положение границ между ПС на ФД СтаАБ(001) задается плотностью падающих потоков и Т£; это обстоятельство может быть использовано для определения этих параметров в методе МЛЭ, даже если в установке нет средств прямого контроля этих параметров. Можно связать показания приборов косвенного контроля Т5 и плотности потока Ал с действительными значениями через построение ФД СаАх(001) и сопоставления ее с ФД, полученной в данной работе.

При построении динамической ФД А1озСао.7А5(001) нами было обнаружено, что при росте Alo.3Gao.7As в некоторых условиях наблюдаются изменения на картине ДБЭО, которые можно связать с ухудшением морфологии поверхности. На динамической ФД АЬ.зОаолАяфО]) рис. 4 эти усло-„„„„,,,.„ V вия роста образуют определенную

область, характеризующуюся ра-зупорядоченной ПС (1x1). Для с проверки предположения о воз-% можности соотнести условия рос-§ та, отвечающие ПС (1x1) на ФД | А1о.зОао.7Ак(001), с "запрещенной областью" для эпитаксии lAJo.3Gao.7As была выращена серия структур с квантовыми ямами. Условия роста каждой структуры за' темпера шдаЖки''10()0,Х1/к''в ''' Давались точкой на ФД Рис. 4. Дшммтеская ФД А]0.зОао.7А8(001) при А1о.зОао.7А5(001). Свойства выра-МЛЭ. Скорость роста 1,5мкм/час. шенных структур исследовались

методом низкотемпературной ФЛ. Первая серия структур выращивалась при одной TS=580°C, менялся только поток AS4. Вторая серия структур была выращена при одном потоке AS4, менялась только Ts. В обоих случаях в спектрах ФЛ плохо разрешались пики от квантовых ям в структурах, выращенной в условиях существования ПС (1x1) на Alo.3Gao.7As(00]). Т.е. рост в этих условиях ведет к ухудшению совершенства гетерограниц GaAs/Alo.3Gao.7As.

В пятой главе приведены результаты апробации эпитаксиалъных структур с двумерным электронным газом при изготовлении полевых транзисторов с барьером Шотгки (ПТБШ) СВЧ - диапазона, двухбарьерных структур для инжекторов электронов в диодах Ганна и резонансно-туннельных диодов. Технология роста этих структур разработала с учетом особенностей эпи-таксии слоев GaAs и AlGaAs на основе использования фазовых диаграмм поверхностей этих материалов. Качество структур подтверждается получением высокой подвижности электронов в двумерном электронном газе (ц> 1.4х10б см2/Вс при 4,2К). Малошумящие ПТБШ, сформированные на данных структурах, обладали одними из лучших параметров (коэффициент усиления 10 дБ при коэффициенте шума 0,9 дБ на частоте 12 ГГц) среди аналогичных приборов, производимых в странах СНГ. Применение разработанного в работе метода контроля параметров эпитаксии позволило воспроизводимо получать серии приборных структур высокого качества. Основные результаты и выводы работы состоят в следующем:

1. Разработана методика измерения плотности потоков молекул As4 и As2-Проведена модернизация установки МЛЭ "Штат", позволившая исследовать встраивание мышьяка при МЛЭ GaAs.

2. Определены энергии активации, характеризующие процессы взаимодействия мышьяка с поверхностью, покрытой мышьяком. Разность между энергией активации десорбции и хемосорбции As2 из физ. адсорбированного состояния составляет 0,25 эВ±0,03 эВ (24+3 кДж/моль), а энергия активации десорбции As4 из промежуточного состояния составляет 1,0 эВ±0,1 эВ (96±10 кДж/моль). Экспериментально определены коэффициенты относительной чувствительности ионизационного вакуумметра по мышьяку в форме As4 и As2 - 6,8 для As4 и 4,0 для As2.

3. Проведено экспериментальное исследование встраивания мышьяка из потока молекул As4 и As2 при МЛЭ GaAs в широком диапазоне условий роста. Обнаружено, что встраивание мышьяка зависит от того, какая поверхностная структура имеет место на ростовой поверхности GaAs(OOl). Показано, что встраивание мышьяка при МЛЭ GaAs не зависит от того, в какой молекулярной форме (As4 или As2) он поступает к поверхности роста. Это свидетельствует в пользу того, что встраивание мышьяка в форме As4 в растущую пленку происходит в результате простой, а не парной, как предполагалось ранее, диссоциативной хемосорбции.

4. Экспериментально определена зависимость температуры переходов между поверхностными структурами на ОаАз(001) от скорости нагрева подложки в условиях сверхвысокого вакуума. Показано, что температуры переходов при увеличении скорости нагрева подложки стремятся к постоянному значению: 811К для перехода (2x4) в (3x1(6)) и 711К для перехода с(4х4) в (2x4).

5. С использованием прямых измерений температуры подложки и падающего потока мышьяка построены статические (без роста) и динамические (при росте) фазовые диаграммы поверхностных структур для ОаАз(001), А1А5(001) и А1о,зОао,7А5(001). Определены энергии активации, характеризующие процесс перехода между поверхностными структурами на этих материалах. На основе экспериментальных данных предложена кинетическая модель поверхностных процессов, описывающая положение границ между различными поверхностными структурами на фазовой диаграмме ОаА5(001).

6. Исследовано влияние молекулярной формы мышьяка на фазовые диаграммы поверхностных структур ОаА5(001) при МЛЭ ОаАз. Найдено, что границы между поверхностными структурами (2x4) и (3x1), с(4х4) и (2x4) в статических и динамических условиях при использовании потоков молекул Аэг и Ай4 совпадают. Следовательно, для поддержания заданной стехиометрии поверхности ОаА£(001) при МЛЭ из пучка молекул Аз4 и Азг требуется одинаковое количество мышьяка, поступающего на поверхность, независимо от его молекулярной формы.

7. Предложен метод для измерения и контроля температуры подложки и плотности потока мышьяка в процессе МЛЭ, основанный на применении фазовой диаграммы поверхности ОаАз(001).

8. Показано, что условия роста, определяемые областью существования поверхностной структуры (1x1) на фазовой диаграмме А1о.зСао.7Аз(001), могут быть соотнесены с неоптимальными условиями для эпитаксии Alo.3Gao.7As.

9. Разработана технология МЛЭ гетероструктур для СВЧ-электроники. На выращенных эпитаксиальных структурах изготовлены и испытаны высококачественные НЕМТ-транзисторы, резонансно-туннельные диоды и диоды Ганна с двухбарьерным инжектором электронов.

В заключении диссертации оговорен личный вклад автора, который состоял в: разработке и создании модернизированной установки МЛЭ, разработке методики прямого измерения плотности потока Ая, получении, обработке и интерпретации всех экспериментальных результатов, представленных в данной работе, выращивании эпитаксиальных структур для физических исследований и приборного применения. По теме диссертации опубликованы следующие основные работы:

1. Преображенский В.В., Мигаль В.П., Лубышев Д.И. Температурные переходы сверхструктуры на поверхностях {100} GaAs и InAs. Поверхность. Физика, химия, механика, №9, 1989, с.156-158.

2. Лубышев Д.И., Мигаль В.П., Преображенский В.В., Овсюк В.Н., Семягин Б.Р., Стенин С.И. Молекулярно-лучевая эпитаксия модулированных структур GaAs. - Электронная промышленность, вып.6, (184), 1989, с.6-8.

3. Preobrazhenskii V.V., Lubyshev D.I., Reginski К, Muszalski J. The effect of the MBE growth rate on the surface phase diagram for GaAs(OOl). - Thin Solid Films, v.267, 1995, p.51-53.

4. Reginski K, Muszalski J., Preobrazhenskii V.V., Lubyshev D.I. Static phase diagrams of reconstructions for MBE-grown GaAs(001) and AlAs(OOl) surfaces. -Thin Solid Films, 1995 v. 267, p.54-57. .

5. Вейгаер А.И., Козырев C.B., Чалдышев B.B., Вилисова М.Д., Ивонин И.В., Лубышев Д.И., Преображенский В.В., Семягин Б.Р. Магнитозависимое микроволновое поглощение, обусловленное сверхпроводящими In-Ga-кластерами в арсениде галлия, выращенном молекулярно-лучевой эпитаксией. - ФТТ,. т.38, №10, 1996, с.2897-2904.

6. Георшевский А.М., Громов Д.В., Дудинов К.В., Еськов Г.В., Зайцев Г.М., Иванов Ю.А., Лубышев Д.И., Малышев КВ., Мальцев П.П., Михальченков А.Г., Перунов Ю.М., Попов Н.Д., Преображенский В.В., Федоркова Н.В. Исследование направлений применения резонансно - туннельного диода в интегральных схемах СВЧ - диапазона. - Микроэлектроника. 1996, т.25, № 4, с.249-258.

7. Preobrazhenskii V.V., Nizamov R.I., Putyato М.А., Semyagin B.R., Lubyshev D.I., Pchelyakov O.P. Influence of the arsenic molecular form on the stoichiometry of the growth surface during MBE of GaAs. Institute of Physics Conference Series №155. ЮР Publishing Ltd. 1997, ch.3, р.311-314.

8. Preobrazhenskii V.V., Putyato M.A., Semyagin B.R, and Lubyshev D.I. Phase Diagram and surface growth kinetic for Alo.3Gao.7As during MBE. - Abstract Book of Tenth International Conference on Molecular Beam Epitaxy, 31 August- 4 September

1998, Cannes, France, p.477.

9. Куркам А.И., Баннова T.A., Коренная О.Б., Пороховниченко Л.П., Пчеляков О.П., Преображенский В.В., Семягин Б.Р., Путято М.А. GaAs-диоды Ганна миллиметрового диапазона с двухбарьерным инжектором горячих электронов. -Электронная промышленность. 1999г., №1-2, с.95-97.

10.Preobrazhenskii V.V., Putyato М.А., Pchelyakov О.Р., Semyagin B.R Surface structure transitions on (001) GaAs during MBE.-J. Cryst. Growth, v.201/202, 1999, p. 166-169.

11.Preobrazhenskii V.V., Putyato M.A., Pchelyakov O.P., Semyagin B.R. Experimental determination of the incorporation factor of As4 during molecular beam epitaxy of GaAs. -J. Cryst. Growth, v.201/202, 1999, p.170-173.

12.Преображенский B.B., Путято M.A., Семягин Б.Р., Журавлев К.С., Петраков Д.А. Фазовая диаграмма поверхности AlojGaoiAs и ее использование при МЛЭ структур с квантовыми ямами. Тезисы докладов. IV Российская конференция по физике полупроводников "Полупроводники-99", г. Новосибирск, 25-29 октября

1999, ВтБ1-5. /

Подписано в печать 6.03.2000 Заказ 98 Усл. изд. л. 1

Формат 60x84/16 Тираж 100

Лицензия ЛР№ 020853 от 31 января 1999 г. Издательство НИИ дискретной математики и информатики

Отпечатано на полиграфическом участке ИДМИ 630090,Новосибирск 90,Пирогова, 2

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Исследование процессов роста при МЛЭ соединений АЗВ5 (Лит. обзор).

1.1. Механизмы роста соединений АЗВ5 при МЛЭ.

1.2. Поверхностные структуры и стехиометрия поверхности СаАБ(001).

1.3. Влияние молекулярной формы мышьяка на рост и свойства эпитаксиальных пленок.

1.3.1. Получение потока Аб2 в установках МЛ3.

1.3.2. Влияние молекулярной формы мышьяка на морфологию эпитаксиальных пленок.

1.3.3. Влияние молекулярной формы мышьяка на кинетику процессов роста.

1.3.4. Влияние молекулярной формы мышьяка на оптические и электрофизические свойства эпитаксиальных слоев.

1.4. Методы контроля параметров роста при МЛЭ.

1.4.1. Методы измерения температуры подложки.

1.4.2. Методы измерения плотности газовых потоков.

1.5. Особенности эпитаксиального роста тройных растворов А^ва^хАв.

1.6. Выводы к главе 1.

ГЛАВА 2. Методики исследования процессов роста и структуры поверхности при МЛЭ.

2.1. Установка МЛЭ.

2.1.1. Модернизация установки МЛЭ "Штат".

2.1.2. Двухзонный источник мышьяка.

2.2. Методика предэпитаксиальной подготовки подложек ваАв.

2.3. Выращивание буферных слоев ваАв и методики характеризации эпитаксиальных структур.

2.4. Получение информации о структуре поверхности и процессах роста методом ДБЭО.

2.4.1. Определение поверхностной структуры кристалла.

2.4.2. Система регистрации интенсивности особенностей картины ДБЭ.

2.4.3. Методика определения встроившихся при МЛЭ потоков галлия и мышьяка.

2.5. Методика измерения температуры подложки.

2.6. Определение плотности молекулярных потоков с помощью ионизационного вакуумметра.

2.7. Определение плотности молекулярных потоков с помощью КИТ.

2.8. Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3. Зависимость встраивания мышьяка от условий МЛЭ СаАв.

3.1. Определение плотности падающего потока мышьяка в форме Аб2 и Аэ4.

3.1.1. Адсорбция мышьяка из потока молекул Аэ2 и Аб4 на датчик КИТ в зависимости от температуры.

3.1.2. Определение коэффициентов относительной чувствительности датчика ионизационного вакуумметра типа Баярда

- Альперта для мышьяка в форме Ав2 и Аб4.

3.2. Зависимость встраивания мышьяка из потока молекул Аб2 и Аб4 от температуры роста и интенсивности падающего потока мышьяка при МЛЭ ОаАэ.

3.2.1. Зависимость встраивания мышьяка из потока молекул Аб4 от температуры роста и интенсивности падающего потока мышьяка при МЛЭОаАэ.

3.2.2. Экспериментальное сравнение встраивания мышьяка из потока молекул Аб2 и Аб4 при МЛЭ ваАв.

3.3. Обсуждение результатов.

3.4. Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4. Фазовые диаграммы при МЛЭ для поверхностей СаАБ(001), А1Аз(001) и А10.зОа0.7А8(001).

4.1. ПС на ОаАз(001), А1Ав(001) и А10.зСа0.7А8(001) в условиях СВВ.

4.1.1. Определение зависимости температуры перехода ПС на (ОО^ОаАэ от скорости нагрева подложки.

4.1.2. Модель, описывающая переход между ПС при нагреве подложки.

4.2. Статические фазовые диаграммы ПС для поверхностей СаАз(001), А1Ав(001) и А10.зСа0.7А5(001)

4.2.1. Модель стабилизации реконструированной поверхности СаАз(001) потоком мышьяка.

4.3. Динамические фазовые диаграммы ПС для поверхностей СаАэ(001) и А1о.зОао.7А8(001)

4.3.1. Модель стабилизации реконструированной ростовой поверхности потоком мышьяка.

4.4. Зависимость фазовых диаграмм ПС для поверхности СаАБ(001) от молекулярной формы мышьяка.

4.5. Метод "фазовых диаграмм" для контроля и воспроизведения условий роста при МЛЭ.

4.6. Применение фазовой диаграммы поверхности А10.3Са0.7А5(001) при МЛЭ структур с квантовыми ямами.

4.7. Выводы к главе 4.

ГЛАВА 5. Приборная реализация эпитаксиальных структур на основе гетероперехода ваАв/АМЗа^хАз.

5.1. Структуры с двумерным электронным газом.

5.2. Резонансно-туннельные структуры.

5.3. Диоды Ганна с двухбарьерными инжекторами электронов.

5.4. Выводы к главе 5.

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ.

Развитие средств связи и информационных технологий идет в настоящее время по пути увеличения скорости передачи и обработки информации. Это выдвигает жесткие требования к элементной базе электроники, прежде всего к повышению рабочих частот приборов. Основными направлениями решения этой задачи являются: уменьшение геометрических размеров отдельных элементов, переход от планарных устройств к вертикальным, применение новых материалов, особенно соединений АЗВ5, создание приборов, работающих на новых физических принципах. И здесь возможности метода молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), обеспечивающего прецизионный контроль толщин выращиваемых структур, профилей легирования, состава, близкое к идеальному качество гетерограниц, оказались как нельзя кстати. С другой стороны, успехи в развитии самого метода МЛЭ связаны с возрастающей потребностью в приборах нового поколения.

С момента своего зарождения в конце 60-х годов и до сегодняшнего дня метод МЛЭ прошел путь от простых лабораторных установок до промышленного производства. В настоящее время в мире структуры, полученные методом МЛЭ, занимают более 2/3 от всего рынка эпитаксиальных технологий [1]. В последнее время фирмой \ЛЗ Бетюоп серийно выпускаются промышленно - ориентированные установки МЛЭ VI00 и VI50, рассчитанные на рост одновременно на 4 х 100 мм и 3~х 150 мм подложках СэАб соответственно [2].

Несмотря на достигнутые успехи, полного понимания процессов, происходящих на поверхности кристалла даже при гомоэпитаксии, еще не достигнуто [3].

Совместимость метода МЛЭ с методами исследования поверхности позволяет изучать явления на поверхности роста непосредственно в процессе эпитаксии. В результате проведения таких исследований во второй половине 70"х годов была предложена модель роста СаАв при МЛЭ, известная как модель Фоксона-Джойса. Согласно этой модели существует значительная разница в процессах формирования слоев из пучков молекул As4 и As2. Предполагалось, что при росте из пучка молекул As4 происходит парная диссоциация молекул As4, при этом коэффициент встраивания As не превышает значения 0,5. При встраивании же молекул As2 происходит простая диссоциативная хемосорбция, и коэффициент встраивания As достигает единицы. За время, прошедшее с момента появления этой модели, были получены экспериментальные данные, которые ей противоречат. Кроме того, модель не учитывает влияние структуры поверхности на процессы роста.

Этим определяется актуальность исследования процессов встраивания мышьяка при МЛЭ GaAs. В результате может быть получена новая информация о влиянии на этот процесс структуры поверхности роста и молекулярной формы мышьяка в падающем потоке. Это позволит глубже понять процессы, протекающие на ростовой поверхности при МЛЭ GaAs. Большой интерес и актуальность представляет также установление зависимости между структурным состоянием поверхности соединений при МЛЭ и качеством формируемых между ними гетерограниц.

Изучение процессов роста при МЛЭ невозможно без контроля основных параметров: температуры подложки (Ts), плотности молекулярных потоков, поступающих к поверхности и покидающих ее, их молекулярного состава. Именно эти параметры, а так же чистота материалов, являющихся источниками молекулярных потоков, и вакуумные условия в зоне эпитаксии определяют свойства выращиваемых структур. Влияние чистоты материалов и вакуумных условий приводит к тривиальному заключению: чем чище используемые вещества, чем глубже вакуум, тем выше совершенство выращиваемых пленок. Этим определяются большие усилия, направленные на получение высокочистых веществ и совершенствование средств получения сверхглубокого вакуума. В этих направлениях достигнуты в последнее время значительные успехи. Появилась возможность использовать при росте методом МЛЭ материалы с чистотой класса 7N-8N (доля содержания основного вещества до 99,999999%) [4,5]. Применение новых материалов для изготовления сверхвысоковакуумных (СВВ) камер в сочетании с мощными средствами откачки позволило получить вакуум лучше, чем 1СГ11Па [6,7]. Для проведения процессов эпитаксии в более глубоком вакууме (лучше, чем 10"12Па) в настоящее время ведутся работы по созданию на околоземной орбите установок МЛЭ, работающих за так называемым "молекулярным экраном". Это российская программа "Экран" [8] и американская "Wake Shield Facility"

9].

Сочетание уникальных возможностей метода МЛЭ с получением высокочистых веществ и развитием его технологической базы позволило достигнуть рекордных параметров структур, недостижимых другими методами роста. Методом МЛЭ выращены слои объемного GaAs, имеющие максимальную подвижность электронов (4х105см2/Вс при 35К) по сравнению со слоями, полученными другими ростовыми методами

10]. На гетероструктурах GaAs/AlxGaixAs с селективным легированием (ГСЛ) была получена подвижность электронов в двумерном канале, превышающая 1х107см2/Вс при температуре 0,35К [11], и подвижность дырок, превышающая 1х106см2/Вс при температуре 0,ЗК [12].

Достигаются эти результаты очень дорогой ценой. На практике приходится работать с веществами с чистотой класса 5N-6N5 в вакууме порядка Ю"9-1СГ10Па. Проблема усугубляется невоспроизводимостью результатов при смене шихты молекулярных источников [13,14]. При этом стоит задача подобрать такие условия роста, при которых негативное влияние этих факторов на совершенство выращиваемых структур было бы минимальным.

Параметры роста должны выбираться в зависимости от типа выращиваемых структур с целью получения совершенных гетерограниц, заданных электрофизических и оптических свойств. Для многослойных гетероструктур параметры роста определяются исходя из требований к свойствам отдельных слоев и структуры в целом и могут меняться во время роста. Поэтому контроль ростовых параметров является основной задачей метода МЛЭ.

Постоянный контроль возможен лишь методами in situ, которые при этом не должны влиять на свойства растущих слоев. Одним из таких методов для соединений АЗВ5 является дифракция быстрых электронов на отражение (ДБЭО). ДБЭО дает информацию о структуре приповерхностного слоя кристалла и ее изменении в процессе роста. Наличие на поверхностях {001} соединений АЗВ5 целого ряда поверхностных структур (ПС), существование которых зависит от параметров роста, делает возможным применение метода ДБЭО для контроля этих параметров при МЛЭ. Поэтому является актуальным установление ряда ПС для основных соединений АЗВ5, определение областей их существования в зависимости от Ts и плотности молекулярных потоков (построение фазовых диаграмм (ФД) поверхностей) и разработка на этой основе методики измерения этих параметров.

Цель данной работы состояла в исследовании роли структуры поверхности в формировании слоев GaAs и AIGaAs методом МЛЭ. Для достижения этой цели при выполнении работы решались следующие задачи:

1. Разработка методики прямого измерения поступающего к подложке потока мышьяка при МЛЭ GaAs.

2. Исследование встраивания мышьяка в широком диапазоне условий МЛЭ GaAs с применением потоков молекул As4 и As2.

3. Определение методом ДБЭО ряда поверхностных структур для GaAs(001), AIAs(001) и Aloi3Ga0,7As(001) при МЛЭ, построение фазовых диаграмм поверхностных структур для этих поверхностей при МЛЭ, исследование влияния молекулярной формы мышьяка на фазовые диаграммы поверхностных структур GaAs(001) при МЛЭ GaAs.

4. Разработка методики контроля параметров роста при МЛЭ, обеспечивающей их воспроизводимость.

5. Определение зависимости между структурным состоянием поверхности AI0,3Ga0,7As(001) при МЛЭ и качеством формируемых гетерограниц GaAs/Alo.3Ga0.7As(001).

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и заключения.

Основные результаты исследований, приведенные в данной диссертации, опубликованы в статьях [184], [195], [198], [200], [202], [204], [206], [209], [212], [215] и апробированы на:

- VII Всесоюзной конференции по росту кристаллов; симпозиум по МЛЭ, Москва, 1988 г. [197].

- I Международном совещании по молекулярно-лучевой эпитаксии, физика роста и технология, Варшава, Польша, 1994 г. [199], [201].

- 23 Международном симпозиуме по полупроводниковым соединениям, Санкт Петербург, 1996 г. [203].

- X Международной конференции по молекулярно-лучевой эпитаксии, Канны, Франция, 1998 г.[194], [205], [207].

- IV Российской конференции по физике полупроводников "Полупроводники-99", Новосибирск, 1999 г. [208], [213].

Диссертационная работа выполнена в Институте физики полупроводников СО РАН. Часть экспериментов была проведена в Институте физики Польской АН. В ходе выполнения работы в ней принимали участие сотрудники ИФП СО РАН и других организаций. Выращивание эпитаксиальных структур проводилось совместно с сотрудниками ИФП М.А. Путято и Б.Р. Семягиным. Разработка моделей роста и конструкции узлов установки МЛЭ проведена совместно с М.А. Путято. Спектры низкотемпературной ФЛ получены К.С. Журавлевым и Т.С. Шамирзаевым, измерение эффекта Холла на образцах с 2de" при низкой температуре проведено A.A. Быковым. Малошумящие ПТБШ на ГСЛ для СВЧ диапазона изготовлены в ОКБ ПО "Планета" (г. Новгород) В.Л. Романовым, РТД-в ЦНИИРТИ (г.Москва) Ю.А. Ивановым, ДГ с ДБ катодом на ГНТП "НИИПП" (г. Томск) К.И. Курканом.

Личный вклад автора состоит в:

- разработке и создании модернизированной установки МЛЭ;

204

- разработке методики прямого измерения плотности потока Аб;

- получении, обработке и интерпретации всех экспериментальных результатов, представленных в данной работе;

- выращивании эпитаксиальных структур для физических исследований и приборного применения.

Автор выражает благодарность научным руководителям О.П. Пчелякову и Д.И. Лубышеву, а так же М.А. Путято за организационную поддержку в выполнении данной работы и плодотворное обсуждение основных результатов, Б.Р. Семягину и Л.Г. Окороковой за техническую поддержку при проведении экспериментов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. MBE or MOVPE? .the choice has never been easier. -Ill-V Review, V.11, N.3, May/Jun 1998, p.8.2. http://www.vgsemicon.com

2. Itoh M., Bell J.R., Avery A.R., Jones T.S., Joyce B.A., and Vvedensky D.D. Island nucleation and growth on reconstructed GaAs(001) surface. Phys. Rev. Lett., V.81, N.3, 20 July 1998, p.633-636.

3. Holland M.C. Kean A.H. and Stanley C.R. 250A spacer GaAs-AIGaAs two-dimensional electron gas (2DEG) structures with mobilities in excess of 3x106cmW1 at 4K. J.Cryst.Growth, V.127, 1993, p. 793-797.5. http://www.promecome.com

4. Suemitsu M., Uneme Y., Miyamoto N. Development of extremely high vacuums with mirror-polished Al-alloy chamber. -Vacuum V.44, N.5-7, 1993, p.425-428.

5. MBE in space. Compound Semiconductors, Sept/Oct 1995, p.8-10.

6. Stanley C.R., Holland M.C., Kean A.H., Chamberlain J.M., Grimes R.T. and Stanaway M.B. 4x105cm2V"1s~1 peak electron mobilities in GaAs grown by solid source MBE with As2. -J. Cryst. Growth, V.111, 1991, p. 14-19.

7. Melloch M.R. Molecular beam epitaxy for high electron mobility modulation-doped two-dimensional electron gas. -Thin Solid Films. V.231, 1993, p.74-85.

8. Henini M., Rodgers P.J., Crump P.A., Gallagher B.L., Hill G. The growth of ultra-high-mobility two-dimensional hole gas on (311)A GaAs surface. -J.Cryst.Growth, V.150, 1995, p. 451-454.

9. Chand N., Miller R.C., Sergent A.M., Sputz S.K., and Lang D.V. Effect of arsenic source on the growth of high-purity GaAs by molecular beam epitaxy. -Appl. Phys. Lett., V.52, N.20, 16 May 1988, p.1721-1723.

10. Foxon C.T. and Joyce B.A. Fundamental aspects of molecular beam epitaxy. Current Topics in Material Science, edited by E. Kaldis, V.7, Chapter 1, 1981, Amsterdam/New-York: North-Holland.

11. Arthur J.R. Gallium arsenide surface structure and reaction kinetics: field emission microscopy. -J. Appl. Phys., V.37, N.8, July 1966, p. 3057-3064.

12. Foxon C.T. and Joyce B.A. Interaction kinetics of As4 and Ga on {100}GaAs surfaces using modulated molecular beam technique. Surf. Sci., V.50, 1975, p.434-450.

13. Arthur J.R. Interaction of Ga and As2 molecular beam with GaAs surface. -J. Appl. Phys., V.39, N.18, 1968, p.4032-4034.

14. Ibbetson J.P., Mirin R.P., Mishra U.K., A.C. Gossard Effect of As4 flux on reflection high-energy diffraction oscillations during growth of GaAs at low temperatures. J. Vac. Sci. Technol. B, V.12, N.2, Mar/Apr 1994, p. 10501052.

15. Kean A.H., Stanley C.R., Holland M.C., Martin J.L., Chapman J.N. Gallium desorption from (AI,Ga)As grown by molecular beam epitaxy at high temperatures. J.Cryst.Growth, V.111, 1991, p. 189-193.

16. Fisher R., Klem J., Drummond T.J., Thorne R.E., Kopp W., Markoc H. and Cho A.Y. Incorporation rate of gallium and aluminum on GaAs during molecular beam epitaxy at high substrate temperatures. -J. Appl. Phys., V.54, N.5, May 1983, p. 2508-2510.

17. Van Hove J.M., Pukite P.R., Whaley G.M., Wowchak A.M., and Cohen P.I. Layer-by-layer evaporation of GaAs (001). -J. Vac. Sci. Technol. B, V.3, N.4, Jul/Aug 1985, p.1116-1117.

18. Van Hove J.M. and Cohen P.I. Mass-action control of AIGaAs and GaAs growth in molecular beam epitaxy. -Appl. Phys. Lett., V.47, N.7, 1 October 1985, p. 726-728.

19. Foxon C.T., Boudry M.R. and Joyce B.A. Evaluation of surface kinetic data by the transform analysis of modulated molecular beam measurements. -Surf. Sci., V.44, 1974, p. 69-92.

20. Foxon C.T. and Joyce B.A. Interaction kinetics of As2 and Ga on {100}GaAs surfaces. Surf. Sci., V.64, 1977 p. 293-304.

21. Ploog K. Molecular beam epitaxy of lll-V compounds: technology and growth process. -Ann. Rev. Mater. Sci., V.11, 1981, p. 171-210.

22. Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры. Под ред. Ченга J1. и Плога К., М.: Мир, 1989, 43-50с.

23. Stenin S.I. Molecular beam epitaxy of semiconductor, dielectric and metal films. -Vacuum V.36, N.7-9, 1986, p.419-426.

24. Foxon C.T. MBE of GaAs and lll-V alloys. -J. Vac. Sci. Technol. B, V.1, N.2, Apr.-June 1983, p.293-297.

25. Херман M. Полупроводниковые сверхрешетки. -M.: Мир, 1989, 54-56с.

26. Берт Н.А., Вейгнер А.И., Вилисова М.Д., Голощапов С.И., Ивонин И.В., Козырев С.В., Куницын А.Е., Лаврентьева Л.Г., Лубышев Д.И.,

27. Baranowski J.M., Liliental-Weber, Yau W.-F., and Weber Evidence for superconductivity in low-temperature-grown GaAs.- Phys. Rev. Lett., V.6, N.23, 10 June 1991, p.3079-3082.

28. Lewis B.F., Fernandez R., Madhukar A., Grunthaner F.J. Arsenic-induced intensity oscillations in reflection high-energy electron diffraction measurements. -.J. Vac. Sci. Technol. B, V.4, N.2, Mar/Apr 1986, p.560-563.

29. Fernandez R. Reproducible growth conditions by group III and group V controlled incorporation rate measurements. J. Vac. Sci. Technol. B, V.6, N.2, Mar/Apr 1988, p.745-748.

30. Tok E.S., Neave J.H., Zhang J., Joyce B.A., Jones T.S. Arsenic incorporation kinetics in GaAs(001) homoepitaxy revisited. Surf. Sci., V.374, 1997, p.397-405.

31. Tok E.S., Jones T.S., Neave J.H., Zhang J., Joyce B.A., Is the arsenic incorporation kinetics important when growing GaAs(001), (110), (111 )A films?-Appl. Phys. Lett., V.71, N.22, 1 December 1997, p.3278-3280.

32. Mars D.E. and Miller J.N. An indium-free for GaAs substrate heating during molecular beam epitaxial growth. -J.Vac.Sci.Technol. B, V.4, N.2, Mar/Apr 1986, p.571-573.

33. Tsao J.Y., Brennan T.M. and Hammons B.E. Oscillatory As4 surface rates during molecular beam epitaxy of AlAs, GaAs and InAs. -J. Cryst.Growth, V.111, 1991, p. 125-130.

34. Tsao J.Y., Brennan T.M., Klem J.F. and Hammons B.E. Surface-stoichiometry dependence of As2 desorption and As4 "reflection" from GaAs(001). -J. Vac. Sci. Technol. A, V.7, N.3, May/Jun 1989, p. 21382142.

35. Tsao J.Y., Brennan T.M., and Hammons B.E. Reflection mass spectrometry of As incorporation during GaAs molecular beam epitaxy. Appl. Phys. Lett., V.53, N.4, 25 July 1988, p.288-290.

36. Cho A.Y. GaAs Epitaxy by a molecular beam method: observations of surface structure on the (001) face. -J. Appl. Phys., V.42, N.5, April 1971, p. 2074-2081.

37. Kabayashi N. and Kobayashi Y. As and P desorption from lll-V semiconductor surface in metalorganic chemical vapor deposition studied by surface photo-adsorption. Jpn. J. Appl. Phys., V.30, N.10A, October, 1991, p.L1699-L1701.

38. Liang B.W. and Tu C.W. A study of group-V desorption from GaAs and gap by reflection high-energy electron diffraction in gas-source molecular beam epitaxy. J. Appl. Phys., V.72, N.7, 1 October 1992, p.2806-2809.

39. Yamaguchi H. and Horikoshi Y. Influence of surface reconstruction on the As desorption process from a (001)GaAs surface evaluated by improved high-energy electron-reflectivity measurements. -Phys. Rev. B, V.44, N.11, 15 September 1991, p.5897-5900.

40. Yamaguchi H. and Horikoshi Y. As desorption from GaAs and AlAs surfaces studied by improved high-energy electron-reflectivity measurements.-J. Appl. Phys., V.71, N.4, 15 February 1992, p.1753-1759.

41. Arthur J.R. Surface stoichiometry and structure of GaAs. -Surf. Sci., V.43, 1974, p. 449-461.

42. Newstead S.M., Kubiak R.A.A. and Parker E.H.C. On the practical applications of MBE surface phase diagrams. J. Cryst. Growth, V.81, 1987, p. 49-54.

43. Harris J.J., Joyce B.A., and Dobson P.J. Oscillations in the surface structure of Sn-doped GaAs during growth by MBE. -Surf. Sci., V.103, 1981, p.L90-L96.

44. Wood C.E.C. RED intensity oscillations during MBE of GaAs. -Surf. Sci., V.108, 1981, p.L441-L443.

45. Neave J.H., Joyce B.A., Dobson P.J. Norton N. Dynamics of film growth of GaAs by MBE from Rheed Observations. -Appl. Phys. A, V.31, 1983, p.1-8.

46. Dobson P.J. Norton N.G., Neave J.H., Joyce B.A. Temporal intensity variations in RHEED patterns during film growth of GaAs by MBE. -Vacuum V.33, N.10-12, 1983, p.593-596.

47. Neave J.H., Dobson P.J., Joyce B.A., Zhang J. Reflection high-energy electron diffraction oscillations from vicinal surface -a new approach to surface diffusion measurements. -Appl. Phys. Lett., V.47, N.2, 15 July 1985, p.100-102.

48. Tanaka M., Suzuki T. and Nishinaga T. Surface diffusion of Al and Ga atoms on GaAs(001) and (111)B vicinal surfaces in molecular beam epitaxy. J.Cryst.Growth, V.111, 1991, p. 168-172.

49. Hata M., Watanabe A., and Isu T. Surface diffusion length observed by in situ scanning microprobe reflection high -energy electron diffraction. -J.Cryst.Growth, V.111, 1991, p.83-87.

50. Shitara T., Zhang J., Neave J.H. and Joyce B.A. As/Ga ratio dependence of Ga adatom incorporation kinetics at steps on vicinal GaAs(001) surfaces. J.Cryst.Growth, V.127, 1993, p.494-498.

51. Ohta K., Kojima T. and Nakagawa T. Anisotropic surface migration of Ga atoms on GaAs(001). J.Cryst.Growth, V.95, 1989, p.71-74.

52. Foxon C.T. Current understanding of growth mechanisms in lll-V MBE. -J.Cryst.Growth, V.95, 1989, p. 11-16.

53. Dobson P.J., Joyce B.A., Neave J.H. and Zhang J. Current understanding and applications of the RHEED intensity oscillation technique. -J.Cryst.Growth, V.81, 1987, p.1-8.

54. Kunkel R., Poelsema B., Verheij L.K., and Cosma G. Reentrant layer-by-layer growth during molecular beam epitaxy of metal-on-metal substrate. -Phys. Rev. Lett., V.65, N.6, 6 August 1990, p.733-736.

55. Dabiran A.M., Nair S.K., He H.D., Chen K.M. and Cohen P.I. Al and Ga diffusion barriers in molecular beam epitaxy. -Surf. Sci., V.298, 1993, p.384-391.

56. Horikoshi Y., Kawashima M., and Yamaguchi H. Migration-enhanced epitaxy of GaAs and AIGaAs. -Jpn. J. Appl. Phys., V.27, N.2, February, 1988, p.169-179.

57. Deparis C. and Massies J. Surface stoichiometry variation in alternate molecular beam epitaxy of GaAs. -J. Cryst. Growth, V.118, 1992, p.414-424.

58. Briones F. and Ruiz A. Atomic layer molecular beam epitaxy (ALMBE): growth kinetics and applications. J.Cryst.Growth, V.111, 1991, p.194-199.

59. Briones F., Golmayo D., Gonzalez L. and Ruiz A. Phased- locked RHEED oscillations during MBE growth of GaAs and AlxGaixAs. J.Cryst.Growth, V.81, 1987, p. 19-25.

60. Thomsen M. and Madhukar A. Computer simulations of the role of group V molecular reactions at steps during molecular beam epitaxial growth of lll-V semiconductors. J.Cryst.Growth, V.80, 1987, p.275-288.

61. Sakomoto T., Kawamura T., Nago S., Hashiguchi G., Sakamoto K., Kuniyishi K. RHEED-intensity oscillations of alternating surface reconstructions during Si MBE growth on single-domain Si(001)-2x1 surface. J.Cryst.Growth, V.81, 1987, p.59-64.

62. Preobrazhenskii V.V., Semjagin B.R., Putjato M.A., Nizamov R.I. Study of GaAs/AIAs heterointerface formation during MBE on (311)A GaAs surface by RHEED. Inst. Phys. Conf. Ser. No 155, 1997, IOP Publishing Ltd., p.315-318.

63. Heckingbottom R. Thermodynamic aspects of molecular beam epitaxy: High temperature growth in the GaAs/Gai.xAlxAs system. J.Vac.Sci. Technol. B, V.3, N.2, Mar/Apr 1985, p.572-575.

64. Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры. Под ред. Ченга Л. и Плога К., М.: Мир, 1989, 65-92с.

65. Seki Н. and Koukitu A. Thermodynamic analysis of molecular beam epitaxy of lll-V semiconductors. J.Cryst.Growth, V.78, 1986, p.342-352.

66. Tok E.S., Neave J.H., Allegretti F.E., Zhang J., Jones T.S., Joyce В .A. Incorporation kinetics of As2 and As4 on GaAs(110). Surf. Sci., V.371, 1997, p.277-288.

67. Herman M.A. Atomic layer epitaxy 12 years later. - Vacuum V.42, N.1/2, 1991, p.61-66.

68. Galitsyn Yu.G., Moshchenko S.P., and Suranov A.S. Kinetics of incorporation of As2 on the (001) GaAs surface. Phys. Low-Dim. Struct. V.7/8, 1998, p.81-90.

69. Karpov S.Yu., Maiorov M.A. Analysis of V-group molecules sticking to III-V compound surfaces. Surf. Sci., V.344, 1995, p. 11-22.

70. Karpov S.Yu., Maiorov M.A. Model of the adsorption/desorption kinetics on a growing lll-V compound surface. Surf. Sci., V.393, 1997, p.108-125.

71. Карпов С.Ю., Майоров M.A. Кинетическая модель роста GaAs(001) из молекулярных пучков. Письма вЖТФт.23, №1, 1997, с.64-71.

72. Эрвье Ю.Ю. Механизмы кристаллизации GaAs в условиях МЛЭ. -Приоритетные направления в научном приборостроении I международная конференция молодых ученых (1990г.): Тез. докл./Л. 1990г.-47с.

73. Рузайкин М.П., Эрвье Ю.Ю. О механизмах кристаллизации GaAs(001) из молекулярного пучка. -VIII всесоюзная конференция по росту кристаллов (1992г.): Расш. тез. докл./Харьков 1992г.-37-38.

74. Wood Е.А. Vocabulary of surface crystallography. -J. Appl. Phys., V.35, N.4, April 1964, p. 1306-1312.

75. Cho A.Y. and Hayashi I. P-N junction formation during molecular-beam epitaxy of Ge-doped GaAs. -J. Appl. Phys., V.42, N.11, 1971, p. 44224425.

76. Fatt Y.S. Evidence of silicon segregation as a function of arsenic overpressure in GaAs grown by molecular beam epitaxy. -J. Appl. Phys., V.72, N.7, 1 October 1992, p. 2846-2849.

77. Pao Y.C., Franklin J., J.S. Harris, Jr. Influence of As4/Ga flux ratio on Be incorporation in heavily doped GaAs grown by molecular beam epitaxy. -J.Cryst.Growth, V.95, 1989, p.301-304.

78. Massies J., Etienne P., Dezaly F. and Linh N.T. Stoichiometry effects on surface properties of GaAs{100} growth in situ MBE. -Surf. Sci., V.99, 1980, p.121-131.

79. Chen W., Dumas M., Mao D., and Kahn A. Work function, electron affinity, and band bending at decapped GaAs(001) surfaces. -J.Vac.Sci. Technol. B, V.10, N.4, Jul/Aug 1992, p.1886-1890.

80. Duszak R., Palmstrom, and Florez L.T. Dramatic work function variation of molecular beam epitaxially grown GaAs(001) surfaces. -J.Vac.Sci. Technol. B, V.10, N.4, Jul/Aug 1992, p.1891-1897.

81. Van Bommel A.J., Crombeen J.E. and Van Oirschot T.G.J. LEED, AES and photoemission measurements of epitaxially grown GaAs(001), (111)and (ill) B surfaces and their behavior upon Cs adsorption. -Surf. Sci., V.72, 1978, p. 95-108.

82. Drathen P., Ranke W. and Jacobi K. Composition and structure of differently prepared GaAs(100) surfaces by LEED and AES. -Surf. Sci., V.77, 1978, p. L162-L166.

83. Deparis C. and Massies J. Surface stoichiometry variation associated with GaAs(001) reconstruction transitions. -J. Cryst. Growth, V.108, 1991, p.157-172.

84. Cho A.Y. Morphology of epytexial growth of GaAs by molecular beam method: the observation of surface structures. -J. Appl. Phys., V.41, N.7, June 1970, p. 2780-2786.

85. Cho A.Y. Bonding direction and surface-structure orientation on GaAs (001). -J. Appl. Phys., V.47, N.7, July 1976, p. 2841-2843.

86. Van Bommel A.J. and Crombeen J.E. Experimental determination of the correlation between the LEED pattern and the Ga-As bond vectors in the surface of GaAs(001). -Surf. Sci., V.57, 1976, p.437-440.

87. Зенгуил Э. Физика поверхности. -M.: Мир, 1990г. -137с.

88. Larsen Р.К., Neave J.H., van der Veen J.F., Dobson P.J., Joyce B.A. GaAs(001) -c(4x4): A chemisorbed structure. Phys. Rev. B, V.27, N.8, 15 April 1983, p.4966-4977.

89. Biegelsen D.K., Bringans R.D., Northrup J.E., and Swartz L.-E. Surface reconstructions of GaAs(001) observed by scanning tunneling microscopy. Phys. Rev. B, V.41, N.9, 15 March 1990, p.5701-5706.

90. Caffey K., Blumenthal R., Burnham J., and Winograd N. Arsenic coverage dependence of the angular distribution of secondary ions desorbed from the GaAs{001}(2x4) surface. -J.Vac.Sci. Technol. B, V.9, N.4, Jul/Aug 1991, p.2268-2276.

91. Chizhov I., Lee G., Willis R.F., Lubyshev D.I., Miller D.L. Scanning tunneling microscopy study of the evolution of the GaAs(001) surface during the (2x4) -(4x2) phase transition. -Appl. Surf. Sci., V.123-124, N.1-4, 1998, p.192-198.

92. Joyce B.A., Neave J.H., Dobson P.J., Larsen P.K. Analysis of reflection high-energy electron-diffraction data from reconstructed semiconductor surfaces. Phys. Rev. B, V.29, N.2, 15 January 1984, p.814-819.

93. Pashley M.D., Haberern K.W., Woodall J.M. The (001) surface of molecular-beam epitaxially grown GaAs studied by scanning tunneling microscopy. -J.Vac.Sci. Technol. B, V.6, N.4, Jul/Aug 1988, p.1468-1471.

94. Larsen P.K., Chadi D.J. Surface structure of As-stabilized GaAs(001): 2x4, c(2x8), and domain structures. Phys. Rev. B, V.37, N.14, 15 May 1988, p.8282-8288.

95. Xu H., Hashizume T. and Sakurai T. GaAs(001) (2x4) surface study by molecular beam epitaxy and field-ion-scanning-tunneling-microscopy. -Jpn. J. Appl. Phys., V.32, Part 1, N.3B, March 1993, p.1511-1514.

96. Chadi D.J. Atomic structure of GaAs(001)-(2x1) and (2x4) reconstructed surfaces. -J.Vac.Sci. Technol. A, V.5, N.4, Jul/Aug 1987, p.834-837.

97. Hernandez-Calderon I. and Hochst H. New method for the analysis of reflection high-energy electron diffraction: a-Sn(001) and lnSb(001) surfaces. Phys. Rev. B, V.27, N.8, 15 April 1983, p.4961-4965.

98. Chiang T.-C., Ludeke R., Aono M., Landgren G., Himpsel F.J. and Eastmam D.E. Angle-resolved photoemission studies of GaAs(001) surfaces grown by molecular-beam epitaxy. Phys. Rev. B, V.27, N.8, 15 April 1983, p.4770-4778.

99. Northrup J.E. and Froyen S. Energetics of GaAs(001)-(2x4) and -(4x2) reconstructions. -Phys. Rev. Lett., V.71, N.14, 4 October 1993, p.2276-2279.

100. Ichimiya A., Xue Q.-K., Hashizume T., Sakurai T. Surface structure of GaAs(001)-(2x4) a, p and y phases. -J.Cryst.Growth, V.150, 1995, p.136-143.

101. Farrell H.H. and Palmstrom C.J. Reflection high energy electron diffraction characteristic absences in GaAs(001) (2x4)-As: A tool for determining the surface stoichiometry. -J.Vac.Sci. Technol. B, V.8, N.4, Jul/Aug 1990, p.903-907.

102. Dabiran A.M., Cohen P.I. Surface reconstructions and growth mode transitions of AIAs(100). -J.Cryst.Growth, V.150, 1995, p.23-27.

103. Maeda T., Tanaka H., Takikawa M., Kasai K. Effect of the AlAs surface reconstruction on properties of Ge grown on AlAs. -J.Cryst.Growth, V.150, 1995, p.649-653.

104. Maeda T. and Tanaka H. Epitaxial growth of high hole mobility Ge with surface controlled AlAs. -X-th International Conference on Molecular Beam Epitaxy (31August-4 September 1998): Abstract Book, Cannes, France, 1998, p.562-563.

105. Thierry-Mieg V., Laruelle F. and Etienne B. RHEED studies of Ga desorption from GaAs and of As desorption from Si-doped GaAs during growth interruption. -J.Cryst.Growth, V.127, 1993, p.1022-1024.

106. Etienne B. and Laruelle F. RHEED-based measurements of atomic segregation at GaAs/AIAs interfaces. . -J.Cryst.Growth, V.127, 1993, p.1056-1058.

107. Daweritz L. and Hey R. Reconstruction and defect structure of vicinal GaAs(001) and AlxGai.xAs surfaces during MBE growth. -Surf. Sci., V.236, 1990, p.15-22.

108. Daweritz L. Surface characterization by RHEED techniques during MBE of GaAs and AlxGaixAs. Superlattices and Microstructures, V.9, N.2, 1991, p.141-145.

109. Panish M.B. Molecular-beam epitaxy of GaAs and InP with gas sources for As and P. -J. Electrochem. Soc., V.127, N.12, December 1980, p.2729-2733.

110. Van Hove J.M., Cohen P.J., Lent C.S. Disorder on GaAs(001) surfaces prepared by molecular beam epitaxy. -J.Vac.Sci. Technol. A, V.1, N.2, Apr.-June 1983, p.546-550.

111. Van Hove J.M. and Cohen P.J. Development of steps on GaAs during molecular beam epitaxy. -J.Vac.Sci. Technol., V.20, N.3, March 1982, p.726-729.

112. Chatillon C, Harmand J.C., and Alexandre F. Thermodynamic analysis of GaAs growth by molecular beam epitaxy at the surface structure transition from 3x1 to 4x2. -J.Cryst.Growth, V.130, 1993, p.451-458.

113. Wang Y.H., Liu W.C., Chang C.Y., and Liao S.A. Surface morphologies of GaAs layers grown by arsenic pressure- controlled molecular beam epitaxy. -J.Vac.Sci. Technol. B, V.4, N.1, Jan/Feb 1986, p.30-36.

114. Deparis С. Ph.D. Institut National Polytechnique de Grenoble, 1991.

115. Briones F., Golmayo D., Gonzalez L. and De Miguel J.L. Surface stoichiometry and morphology of MBE grown (001)GaAs through the analysis of RHEED oscillations. -Jpn. J. Appl. Phys., V.24, N.6, June 1985, p.L478-480.

116. Лубышев Д.И. МЛЭ GaAs при сильном легировании кремнием и бериллием и изовалентном легировании индием. -Диссертация к.ф,-м.н., Новосибирск, 1993.

117. Wood С.Е.С., Stanley C.R., Wicks G.W. and Esi M.B. Effect of arsenic dimer/tetramer ratio on stability of lll-V compound surfaces grown by molecular beam epitaxy. -J. Appl. Phys., V.54, 1983, p. 1868-1871.

118. Woolf D.A., Westwood D.I., and Williams R.H. Surface reconstructions of GaAs(111)A and (111)B: static surface phase study by reflection high-energy electron diffraction. -Phys. Rev. Lett., V.62, N.12, 22 March 1993, p.1370-1372.

119. Osakabe N., Tanishiro Y., Yagi K., Honjo G. Direct observation of the phase transition between the (7x7) and (1x1) structures of clean (111) silicon surfaces. -Surf. Sci., V.109, 1981, p.353-366.

120. Зенгуил Э. Физика поверхности. -M.: Мир, 1990г. -135с.

121. Зенгуил Э. Физика поверхности. -М.: Мир, 1990г. -138-140С.

122. Kunzel H., Knecht J., Jung H., Wunstel К., and Ploog K. The effect of arsenic vapor species on electrical and optical properties of GaAs grown by molecular beam epitaxy. -Appl. Phys. A, V.28, 1982, p. 167-173.

123. Hasegawa S., Sato K., Torii S., Nakashima H. Growth parameter dependence of step patterns in AIGaAs molecular beam epitaxy on vicinal

124. GaAs(110) inclined toward (111)A. J. Cryst. Growth, V.175/176, 1997, p.1075-1080.

125. Krusor B.S. and Bachrach R.Z. Two-stage arsenic cracking source with integral getter pump for MBE growth. -J.Vac.Sci. Technol. B, V.1, N.2, Apr.-June 1983, p.138-141.

126. Huet D., Lambert M., Bonnevie D., and Dufresne D. Molecular beam epitaxy of lno.53Gao.47As and InP on InP by using cracker cells and gas cells. -J.Vac.Sci. Technol. B, V.3, N.3, May/Jun 1985, p.823-829.

127. Lee R.-L., Schaffer W.J., Chai Y.G., Liu D., and Harris S. Material effect on the cracking efficiency of molecular beam epitaxy arsenic cracking furnaces. -J.Vac.Sci. Technol. B, V.4, N.2, Mar/Apr 1986, p.568-570.

128. Garcia J.C., Barski A., Contour J.P. and Massies J. Dimer arsenic source using a high efficiency catalytic cracking oven for molecular beam epitaxy. -Appl. Phys. Lett., V.51, N.8, 24 August 1987, p.593-595.

129. Hayakawa T., Nagai M., Morishima M., Horie H., and Matsumoto K. Molecular beam epitaxy growth of AlxGa^As (x=0.2-0.7) on (111)B-GaAs using As4 and As2. -Appl. Phys Lett., V.59, N.18, 28 October 1991, p.2287-2289.

130. Neave J.H., Larsen P.K., van der Veen J.F., Dobson P.J., Joyce B.A. Effect of arsenic species (As2 or As4) on the crystallographic and electronic structure of MBE-grown GaAs(001) reconstructed surfaces. -Surf. Sci., V.133, 1983, p.267-278.

131. Izumi S., Nayafuji N., Sonoda T., Takamiya S., Mitsui S. Less than 10 defects/cm2-|um in molecular beam epitaxy grown GaAs by arsenic cracking. -J. Cryst. Growth, V.150, 1995, p.7-12.

132. SpringThorpe A.J., Arent D.J. Arsenic reflection from GaAs and AIGaAs surfaces during molecular-beam epitaxy. -J.Vac.Sci. Technol. B, V.11, N.3, May/Jun 1993, p.783-786.

133. Garcia J.C., Neri C. and Massies J. A comparative study of the interaction kinetics of As2 and As4 molecules with Ga-rich GaAs(001) surfaces. -J.Cryst.Growth, V.98, 1989, p.511-518.

134. Chen R.T., Sheng N.T., and Miller D.L. Summary Abstract: The effect of arsenic vapor species on electrical properties of MBE grown Alo.3Gao.7As. -J.Vac.Sci.Technol. B, V.3, N.2, Mar/Apr 1985, p.652.

135. Shin Y.C.A., Neikirk D.P., Streetman B.J., and Magee C.W. Effect of As flux on Si 5-doped GaAs -J.Vac.Sci.Technol. B, V.11, N.3, May/Jun 1993, p.905-907.

136. Garcia J.C., Beye A.C., Contour J.P., Neu G., and Massies J. Reduced carbon acceptor incorporation in GaAs grown by molecular beam epitaxy using dimer arsenic. -Appl. Phys. Lett., V.52, N.19, 9 May 1988, p. 15961598.

137. Справочник по электротехническим материалам. -Под ред. Корицкого Ю.В., Пасынкова В.В., Тареева Б.М. 3-е перераб. изд. -Л.:Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1988г., т.З, -310с.

138. Chand N. Growth of high quality AIGaAs/GaAs heterostructures by molecular beam epitaxy for photonic and electronic device applications. -Thin Solid Films V.231, 1993, p.143-157.

139. Weisbuch C., Dingle R., Petroff P.M., Gossard A.C., and Wiegmann W. Dependence of the structural and optical properties of GaAs-Gai.xAlxAs multiquantum-well structures on growth temperature. -Apll. Phys. Lett., V.38, N.11, 1 /June 1981, p.840-842.

140. Fernandez R. RHEED oscillations of arsenic-controlled growth conditions to optimize MBE growth of lll/V heterostructures. -J. Cryst. Growth, V.116, 1992, p.98-104.

141. Wright S.L., Marks R.F., Goldberg A.E. Improved GaAs substrate temperature measurement during molecular-beam epitaxial growth. -J.Vac.Sci.Technol. B, V.6, N.3, May/Jun 1988, p.842-845.

142. Katzer D.S. and Shanabrook B.V. Comparison of optical pyrometry and infrared transmission measurements on indium-free mounted substrates during molecular-beam epitaxial growth. -J. Vac. Sci. Technol. B, V.11, N.3, May/Jun 1993, p.1003-1006.

143. Hellman E.S., Pitner P.M., Harwit A., Liu D., Yoffe G.W., and Harris J.S. Jr. molecular beam epitaxy of gallium arsenide using direct radiative substrate heating. -J.Vac.Sci.Technol. B, V.4, N.2, Mar/Apr 1986, p.574-577.

144. Lee H., Nouri N., Colvard C. and Ackley D. Comparison of RHEED during MBE growth and the quality of AIGaAs:Si on (100) and misoriented GaAs substrates. -J. Cryst. Growth, V.95, 1989, p.292-295.

145. Mizutani T. Correct substrate temperature monitoring with infrared optical pyrometer for molecular-beam epitaxy of lll-V semiconductors. -J.Vac.Sci.Technol. B, V.6, N.6, Nov/Dec 1988, p.1671-1677.

146. Waterman J.R., Shanabrook B.V., and Wagner R.J. Reflection high-energy electron diffraction study of Sb incorporation during molecular-beam epitaxy growth of GaSb and AlSb. -J.Vac.Sci.Technol. B, V.10, N.2, Mar/Apr 1992, p.895-897.

147. Mesrine M., Massies J., Deparis C., Grandjean N., and Vanelle E. Realtime investigation of In surface segregation in chemical beam epitaxy of Ino.sGao.sP on GaAs(001). -Appl. Phys. Lett., V.68, N.25, 17 June 1996, p.3579-3581.

148. Lee W.S., Yoffe G.W., Schlom D.G. and Harris J.S. Jr. Accurate measurement of MBE substrate temperature. -J. Cryst. Growth, V.111, 1991, p.131-135.

149. Heiblum M., Mendez E.E., and Osterling L. Growth by molecular beam epitaxy and characterization of high purity GaAs and AIGaAs. -J. Appl Phys., V.54, N.12, December 1983, p.6982-6988.

150. Chand N. MBE growth of high-quality GaAs. -J. Cryst. Growth, V.97, 1989, p.415-429.

151. Shanabrook B.V., Waterman J.R., Davis J.L., Wagner R.J., and Katzer D.S. Variations in substrate temperature induced by molecular-beam epitaxial growth on radiatively heated substrates. -J.Vac.Sci.Technol. B, V.11, N.3, May/Jun 1993, p.994-997.

152. Neave J.H. and Joyce B.A. Temperature range for growth of autoepitaxial GaAs films by MBE. -J. Cryst. Growth, V.43, 1978, p.204-208.

153. Saletes A., Massies J., Neu G., Contour J.P. Effect of As4/Ga flux ratio on electrical properties of NID GaAs layers grown by MBE. -Electronic Letters, V.20, N.21, 11th October 1984, p.872-874.

154. Wood C.E.C., Desimone D., Singer K., and Wicks G.W. Magnesium-and calcium-doping behavior in molecular-beam epitaxial lll-V compounds. J. Appl. Phys., V.53, N.6, June 1982, p.4230-4235.

155. Davies G. J. and Williams D. in The technology and physics of molecular beam epitaxy, ed. by E. H. C. Parker, New York, Plenum, 1985, 38p.

156. Hancock B.R. and Kroemer H. Relation between growth conditions and reconstruction on InAs during molecular beam epitaxy using As2 source. -J. Appl. Phys., V.55, N.12, 15 June 1984, 4239-4243.

157. Flaim T. A. and Ownby P. D. Observations on Bayard-Alpert ion gauge sensitivities to various gases. -J. Vac. Sci. Technol., V.8, 1971, p.661-662.

158. Factor D., Vesely M. and Harman R. New method for IIIA/ flux ratio calibration in MBE systems from arsenic pressure measurement. -J. Cryst. Growth, V.126, 1993, p.499-501.

159. Neave J.H., Joyce B.A., Dobson P.J. Dynamic RHEED observations of the MBE growth of GaAs. -Appl. Phys. A, V.34, 1984, p. 179-184.

160. Massies J., Turco F., Saletes A. and Contour J.P. Experimental evidence of difference in surface and bulk compositions of AlxGa^As, AlxIn^xAs and Gaxlni.xAs epitaxial layers grown by molecular beam epitaxy. -J. Cryst. Growth, V.80, 1987, p.307-314.

161. Morko? H., Drummond T.J., Kopp W., and Fisher R. Influence of substrate temperature on the morphology of AlxGa^xAs grown by molecular beam epitaxy. J. Electrochem. Soc., V.129, N.4, 1982, p.824-826.

162. Heiblum M., Mendez E.E., and Stern F. High mobility electron gas in selectively doped n:AIGaAs/GaAs heterojunctions. -Appl. Phys. Lett., V.44, N.11, 1 June 1984, p.1064-1066.

163. Braun W., Ploog K.H. In situ technique for measuring Ga segregation and interface roughness at GaAs/AIGaAs interfaces. -J. Appl. Phys., V.5 N.4, 15 February 1994, p. 1993-2001.

164. Moshegov N.T., Sokolov L.V., Toropov A.I., Bakarov A.K., Kalagin A.K., Tichomirov V.V. The influence of surface reconstruction on the GaAs/AIAs interface formation by MBE. -Inst. Phys. Conf. Ser. No 145: Chapter 2, 1996, p. 97-102.

165. Stall R.A., Zilko J., Swaminathan V., and Schumaker N. Morphology of GaAs and AlxGa^As grown by molecular beam epitaxy. -J.Vac.Sci.Technol. B, V.3, N.2, Mar4/Apr 1985, p.524-527.

166. Huang Z.-F. and Gu B.-L. A kinetic study of the ordering process in ternary lll-V semiconductor alloys. -J. Phys.: Condens. Matter V.9, 1997, p.5737-5749.

167. On the use of dimeric arsenic in solid source MBE. EPI Application Note, August/September, 1993.

168. Самсонов Г.В. Неметаллические нитриды. -M.: Металлургия, 1969, -133с.

169. Кучис.Е.В. Методы исследования эффекта Холла. -М.: Сов. радио, 1974.

170. Преображенский В.В., Мигаль В.П., Лубышев Д.И. Температурные переходы сверхструктуры на поверхностях {100} GaAs и InAs. Поверхность. Физика, химия, механика, №9, 1989, с.156-158.

171. Bimberg D., Heinrichsdorf F., Bauer R.K., Gerthsen D., Stenkamp D., Mars D.E., Miller J.N. Binary AlAs/GaAs versus ternary GaAIAs/GaAs interfaces: dramatic difference of perfection. -J.Vac.Sci.Technol. B, V.10, N.4, Jul/Aug 1992, p.1793-1798.

172. Вудраф Д., Делчар Т. Современные методы исследования поверхности. -М.: Мир, 1989.

173. Пинскер З.Г. Дифракция электронов. -М: Гостехиздат. 1949.

174. Беленький В.З. Геометрико вероятностные модели кристаллизации. -М.: Наука, 1980, -15-22 с.

175. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств. -М.: Радио и связь, 1991, -298с.

176. Мошегов Н.Т. Исследование процессов формирования короткопериодных сверхрешеток InAs/GaAs и GaAs/AIAs при молекулярно-лучевой эпитаксии. -Диссертация к.ф.-м.н., Новосибирск, 1997.191. http://www.microcal.com

177. Nikiforov A.I., Markov V.A. Pchelyakov O.P. Yanovitskaya Z.Sh. The influence of the epitaxial growth temperature on the period of RHEED oscillations. Phys. Low-Dim. Struct. V.7, 1997, p. 1-9.

178. Мошегов H.T., Стенин С.И., Торопов А.И. Контроль отношения потоков In, Ga и As при молекулярно-лучевая эпитаксии InAs и GaAs с помощью анализа интенсивности рефлексов дифракции быстрых электронов на отражение. Поверхность. №5, 1990, с.30-34.

179. Preobrazhenskii V.V., Putyato M.A., Pchelyakov O.P., Semyagin B.R. Experimental determination of the incorporation factor of As4 during molecular beam epitaxy of GaAs. -J. Cryst. Growth, v.201/202, 1999, p.170-173.

180. Мелвин-Хьюз Э.А. Физическая химия. -M.: Издательство иностранной литературы, 1962.- 832с.

181. Преображенский В.В., Мигаль В.П., Лубышев Д.И. Температурная зависимость переходов поверхностных структур {100} GaAs и InAs. -VII Всесоюзной конференции по росту кристаллов/Симпозиум по МЛЭ: Расш. тез. докл./М., 1988, т.4, с.145-146.

182. Лубышев Д.И., Мигаль В.П., Преображенский В.В., Овсюк В.Н., Семягин Б.Р., Стенин С.И. Молекулярно-лучевая эпитаксия модулированных структур GaAs. Электронная промышленность, вып.6, (184), 1989, с.6-8.

183. Reginski К, Muszalski J., Preobrazhenskii V.V., Lubyshev D.I. Phase static diagrams of surface superstructures of AlAs and GaAs. Abstract book. Int. Workshop on MBE. Growth Physics and Technology/ Warsaw, 1994, р.ССЗ.

184. Reginski K, Muszalski J., Preobrazhenskii V.V., Lubyshev D.I. Static phase diagrams of reconstructions for MBE-grown GaAs(001) and AIAs(001) surfaces. Thin Solid Films, 1995 v. 267, p.54-57.

185. Preobrazhenskii V.V., Lubyshev D.I., Reginski K, Muszalski J. Surface kinetic effect to phase diagram of GaAs during MBE. Abstract book. Int. Workshop on MBE. Growth Physics and Technology/ Warsaw, 1994, p.CC4.

186. Preobrazhenskii V.V., Lubyshev D.I., Reginski K, Muszalski J. The effect of the MBE growth rate on the surface phase diagram for GaAs(001). -Thin Solid Films, v.267, 1995, p.51-53.

187. Preobrazhenskii V.V., Putyato M.A., Pchelyakov O.P., Semyagin B.R. Surface structure transitions on (001) GaAs during MBE.-J. Cryst. Growth, v.201/202, 1999, p.166-169.

188. Ржанов А.В., Стенин С.И. Молекулярная эпитаксия: состояние вопроса, проблемы и перспективы развития. В кн.: Рост полупроводниковых кристаллов и пленок. Часть 1, Новосибирск: Наука, 1984, с.5-34.

189. Gusev G.M., Basmaji P., Lubyshev D.I., Litvin L.V., Nastaushev Yu.V., Preobrazhenskii V.V. Magneto-oscillations in a two-dimensional electron gas with a penrose lattice of artificial scatterers. Phys.Rev.B, 1993, vol.47, N15, p.9928-9930.

190. Медведев Б.К. Молекулярно-лучевая эпитаксия GaAs и гетероструктур GaAs/AIGaAs для приборов микроэлектроники. -Диссертация д.ф.-м.н. в форме научного доклада, Москва, 1992.228

191. Тагер А.С. Размерные квантовые эффекты в субмикронных полупроводниковых структурах и перспективы их применения в электронике СВЧ. 4.1. Физические основы Электронная техника. Сер.1, Электроника СВЧ, 1987, Вып.9(403), с.21-33.

192. Кщ, дБ .= 12,0 ГГц Кур, дБ Р СО ГГц Кш, дБ ' 12,0 ф КУР'7СОДР1. 1,7 10,7 т,з 9,32. 1,Т 9,6 1,35 9,63. 1,74 10,4 7,75 9,54. 0,9 70,0 7,3 9,65. 0,9 70,0 1,7 9,66. Т т 70,5 7,05 9,71. V. 0,8 9,5

193. Ширина затвора изготовленных транзисторов 260 мкм, длина затвора - 0,3 -г 0,4 мкм. Материал затвора - алюминий.

194. Кристаллы собраны на мет алло керамический кристаллодер-жатель диаметром 2 мм с полосковыми выводами.

195. Измерения приводились на серийной установке Х5-36.

196. Начальник сектора Т! В.Л.Романов