Ступени роста и процессы на фронте кристаллизации при газофазовой эпитаксии полупроводников А3 В5 тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Г Г Б ОД 2 7 ОПТ 1998

На правах рукописи

ИВОНИН Иван Варфоломеевич

СТУПЕНИ РОСТА И ПРОЦЕССЫ НА ФРОНТЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПРИ ГАЗОФАЗОВОЙ ЭПИТАКСИИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ А3В*.

Специальность 01.04.07 (Физика твердого тела)

АВТОРЕФЕРАТ

ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ ДОКТОРА ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ НАУК

НОВОСИБИРСК - 1998 г.

Работа выполнена в Сибирском физико-техническом институте им. акад. В. Д. Кузнецова при Томском государственном университете.

Научный консультант:

доктор физико-математических наук, профессор

Официальные оппоненты:

.доктор физико-математических наук, профессор доктор технических наук, профессор доктор физико-математических наук

Ведущая организация:

Институт кристаллографии РАН, Москва

Защита диссертации состоится 24 ноября 1998 г. в 15 часов

на заседании диссертационного Совета Д.003.05.01 в Институте физики полупроводников СО РАН по адресу: 630090 г. Новосибирск, проспект академика Лаврентьева, 13.

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

Автореферат разослан октября 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета доктор физико-математических наук ,—^ профессор Х/О

( / / Двуреченский А.В.

Лаврентьева Л.Г.

Войцеховский А.В. Захаров Б.Г. Пчеляков О.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Эпитаксиальные технологии являются базовыми технологиями современной микро-, нано- и оптоэлектроники, обеспечивая выпуск разнообразных структур на основе элементарных полупроводников и полупроводниковых соединений для последующего использования в многочисленных приборных приложениях. За последние сорок лет были развиты и нашли широкое практическое применение газофазовая эпитаксия (ГФЭ), газофазовая эпитаксия из металорганических соединений (МО ГФЭ), жидкофазовая эпитаксия (ЖФЭ), молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ). Развитие этих технологий базируется на результатах комплексных физико-химических исследований, ведущихся во многих научных центрах, как. отечественных, так и зарубежных. Полученные данные (теоретические и экспериментальные) интенсивно обсуждаются в научной литературе и на регулярно проводящихся национальных и международных конференциях.

Успехи в области ГФЭ элементарных (Б!, Се) и сложных (А3В5, А2В6, твердые растворы на их основе) полупроводниковых материалов обусловили ее превалирующее развитие в 60 - 80 годы с широким использованием в качестве базовой в промышленности полупроводниковых материалов и структур. В исследовательском плане применительно к ГФЭ теоретически и экспериментально изучены термодинамика и газодинамика конкретных ростовых систем, исследована макрокинетика процессов роста, определены лимитирующие стадии и энергии активации процессов выделения вещества (основного и легирующего) в твердую фазу. Получены доказательства того, что при газофазовой эпитаксии основным механизмом роста является ступенчато-слоевой.

К моменту начала данной работы (1971 г.) было ясно, что для проведения расчетов по кинетике роста и развития теории роста кристаллов в условиях газофазовой эпитаксии необходимы данные по тонкой структуре фронта кристаллизации эпитаксиапьных пленок. Систематические исследования микрорельефа ростовых поверхностей эпитаксиальных слоев А3В3 в системах

ГФЭ с применением высокоразрешающих методов практически отсутствовали. Были известны пионерские работы Александрова Л.Н. с сотр., начатые в 19651966 гг. и посвященные исследованиям начальных стадий роста эпитаксиальных слоев ОаАэ и ве. С применением методов электронной микроскопии ими были получены первые экспериментальные данные по процессам зародышеобразования и роста (ЗаАБ и ве при ГФЭ, количественно описан механизм эпитаксиального роста через трехмерное зародышеобразование.

Недостаток информации о реальной структуре фронта кристаллизации эпитаксиальных слоев А3В5 в условиях ГФЭ стал серьезным препятствием в разработке физических основ газофазовой эпитаксии полупроводников сложного состава - научного направления, развиваемого в Сибирском физико-техническом институте при Томском госуниверситете под руководством профессора Л.Г. Лаврентьевой. Ею в 1971 г. перед диссертантом, тогда младшим научным сотрудником, была поставлена задача - исследовать микрорельеф эпитаксиальных слоев ОаАэ и Се с целью получения прямых доказательств существования ступенчатого рельефа на ростовых поверхностях пленок и, тем самым, подтвердить правомерность применения теории ступенчато-слоевого роста к анализу кинетики поверхностных процессов в условиях ГФЭ..

При решении поставленной достаточно частной задачи оказалось, что разработанные методики получения и исследования ростового микрорельефа позволяют получить важную информацию о поверхностных процессах, необходимую при решении фундаментальных и прикладных проблем полупроводникового материаловедения. Сюда относятся экспериментальные данные о перестройках в эшелонах ступеней под влиянием условий наращивания (температура роста, концентрация ростовых компонентов, ориентация подложки), информация об источниках ступеней и связанной с этим переогранкой исходной поверхности, взаимодействии примесей с фронтом кристаллизации и образовании микронеоднородностей в объеме слоя и т.д.

Анализ этих данных в рамках теории ступенчато-слоевого роста кристаллов позволяет сделать важные заключения об особенностях поверхностных процессов при ГФЭ, провести количественные оценки характерных величин,

входящих в уравнения теории ступенчато-слоевого роста кристаллов: скорости тангенциального движения ступеней; средние длины, коэффициенты и энергии активации поверхностной диффузии. Практическое значение этих результатов продемонстрировано, например, при разработке технологии производства совершенных полупроводниковых структур е.. морфологически однородными границами раздела.

Реализация такого подхода к исследованиям в статьях, опубликованных другими авторами за время выполнения данной работы (1971-1998 гг.) и особенно в последнее десятилетие применительно к in situ и ex situ изучению элементарных процессов роста при МО ГФЭ и особенно МЛЭ подтвердили правильность выбора направления и методов исследований, принятых в данной диссертационной работе.

Несмотря на появление новых высокоразрешающих методов исследования поверхностей, позволяющих получить уникальную информацию об элементарных процессах роста, многие результаты, впервые полученные нами при электронномикроскопических исследованиях строения ростовых поверхностей слоев А3В5 при ГФЭ, остаются актуальными как для газофазовой, так и других видов эпитаксии с участием химических соединений.

Цель работы: исследование микрорельефа ростовых поверхностей эпитаксиальных слоев А3В5, полученных в системах газофазовой эпитаксии и анализ на этой основе элементарных стадий роста.

Выбор исследуемых материалов (GaAs, InAs, InP) обусловлен их широким использованием в современной микро- и оптоэлектронике.

Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

•Разработка (модификация) методик, обеспечивающих (1) сохранение ростовой поверхности эпитаксиального слоя после выращивания и (2) многократное исследование микрорельефа ростовой поверхности с высоким пространственным разрешением при сохранении образца для последующих структурных, электрофизических и оптических исследований.

•Изучений зависимости микрорельефа ростовой поверхности от кристаллографических индексов доращиваемой плоскости, используя сингулярные, вицинальные и несингулярные грани ваАз и 1пАв, для получения прямых доказательств существования ступенчатого рельефа на поверхности эпитаксиальных слоев в условиях ГФЭ.

•Исследование характеристик эшелонов ступеней на ростовых поверхностях и перестроек в них, происходящих при изменении условий наращивания (температура, концентрация ростовых компонентов).

•Исследование влияния микропримесей на формирование стационарного рельефа пленки, на образование структурно-примесных неоднородностей на границах раздела и в объеме эпитаксиального слоя.

•Определение возможностей использования наблюдаемых закономерностей формирования рельефа ростовых поверхностей для разработки технологии получения совершенных эпитаксиальных пленок А3В5 методами ГФЭ.

Для решения поставленных задач использован комплекс современных методов исследования структуры и состава твердых тел: рентгеноструктурный анализ, электронная микроскопия, электронография, электронно-зондовый микроанализ, Оже электронная спектроскопия, вторичная ионная массспектрометрия и т.д.

Научная новизна результатов, представленных в диссертационной работе заключается в следующем:

• Изучена зависимость микрорельефа ростовых поверхностей эпитаксиальных слоев ОаАз и 1пАз от кристаллографической ориентации подложки, в результате чего получены прямые доказательства существования ступенчатого рельефа на фронте кристаллизации при ГФЭ А3В5.

• На основе экспериментальных данных по структуре ростовых поверхностей проведены количественные оценки параметров, характеризующих поверхностные диффузионные процессы: средних

длин диффузии коэффициентов Э, и энергий активации диффузии Е, -для полярных (111) граней ваЛз и ЪтАэ. Установлено, что при фиксированных условиях наращивания эти параметры зависят как от кристаллографической ориентации подложки, так и материала выращиваемой'пленки и варьируются в диапазонах: л5 - 1...100 нм, О, -ЮЛ-.Ю"6 см2с'\ Е, - 0.6...0.8 эВ.

• Установлено, что образование полиатомных степеней на ростовой поверхности наиболее интенсивно происходит в окрестности полюса <111>А, что объясняется эффективным диффузионным взаимодействием элементарных ступеней.

• Получены экспериментальные доказательства эффекта асимметричного захвата атомов полиатомными ступенями на вициналях <р°(111)А СаАэ, что следует из анализа картин распределения центров роста на верхней и нижней террасах.

• Экспериментально обнаружено, что при малых концентрациях мышьяка в газовой фазе скорость встраивания атомов в ступень на вициналях ф°(001) ОаАэ зависит от кристаллографических индексов торцевой поверхности и оказывается больше для ступеней с торцом (111)В, меньше - для ступеней с торцом (111)А). Предложена модель, качественно объясняющая наблюдаемую закономерность.

• Установлено, что среднее расстояние между наблюдаемыми ступенями роста X уменьшается при увеличении температуры кристаллизации. В предположении, что реализуется диффузионный механизм взаимодействия ступеней и выполняется условие X. = X,, построены зависимости Х5(Т0) и проведены оценки энергий активации поверхностной диффузии на террасах (111 )А, (111)В и (110): Е5(]11)А = 0.82 эВ, Е,(Ш)в = 0.94 эВ, Е5(Ш), =0.73 эВ.

• Получены экспериментальные зависимости скорости нормального роста эпитаксиальных слоев арсенида индия от кристаллографической ориентации, температуры роста и концентрации ростовых компонентов в

газовой фазе. Показано, что наблюдаемые кинетические зависимости хорошо описываются в рамках модели ступенчато-слоевого роста с учетом плотных адсорбционных слоев.

• Установлено, что анизотропия скорости латерального роста эпитаксиальных слоев арсенида галлия может быть промоделирована на основе данных по анизотропии скорости нормального роста. Обнаружен эффект влияния материала подстилающей поверхности на кинетику латерального роста, предложена модель, качественно объясняющая наблюдаемое явление.

• Установлено, что при ГФЭ БаАя и ТпАэ на начальном этапе роста происходит образование частиц вторых фаз нанометровых размеров. Исследованы их составы и механизм взаимодействия с фронтом кристаллизации. Показано, что микрочастицы, жидкие при температурах осаждения пленки, оттесняются ростовой поверхностью с образованием в объеме пленки примесных неоднородностей канального типа. Разработана методика визуализации таких неоднородностей.

• Экспериментально исследован процесс образования переходных слоев при газофазовой гетероэпитаксии 1пР на СаАБ. Показано, что формирование переходной области микронных размеров с измененными фазовыми, структурными и электрофизическими свойствами происходит в результате перехода от островкового к ступенчато-слоевому механизму роста с последующей релаксацией ступенчатого микрорельефа к стационарной форме. Островки роста, формирующиеся на поверхности подложки БаАв, представляют собой твердый раствор InxGai.xAsi.jPy, состав которого изменяется и становится близким к 1пР при толщине пленки 50...70 нм.

• При исследовании процессов формирования структур «металл - А3В5» (№, Рс1 - ваАз) установлено, что образование вторых фаз из элементов металлической пленки и полупроводниковой подложки происходит уже на начальном этапе электрохимического осаждения металла.

Практическая значимость работы. Многие-результаты, использованные при написании диссертации, получены при выполнении НИР по заказам отраслевых НИИ Министерства электронной промышленности бывшего СССР (НИИ «Пульсар», г. Москва -ныне ГУП НПП «Пульсар»; НИИ ПП, г. Томск -ныне ГНПП «НИИ ПП»)чи реализованы на предприятиях-заказчиках. Среди них основными являются:

•результаты исследований процессов роста при латеральной эпитаксии арсенида галлия поверх диэлектрических и металлических покрытий, использованные при разработке технологии производства перспективных полупроводниковых структур СВЧ - диапазона (ГНПП «НИИ ПП», г. Томск). Исследования по данному направлению частично финансировались за счет средств Межвузовских научно-технических программ «Материалы электронной, техники» (1992-1994 гг.) и «Перспективные материалы» (1995-1996 гг.);

•результаты исследований влияния поверхностных микропримесей на процессы образования микро- и нанонеоднородностей в эпитаксиальных слоях А3В3, использованные при разработке технологии производства совершенных полупроводниковых материалов и приборных структур (ГУП НПП «Пульсар», г. Москва; ГНПП «НИИ ПП», г. Томск);

•результаты исследований процессов формирования границ раздела «металл-полупроводник А3В5», использованные при отработке технологии производства полупроводниковых приборов СВЧ - диапазона (ГНПП «НИИ ПП», г. Томск).

Экспериментальные данные по структуре ростовых поверхностей при эпитаксии А3В5 и количественные оценки, сделанные на их основе могут использоваться при теоретических исследованиях процессов химического газофазового осаждения полупроводниковых материалов.

Материалы исследований, представленных в диссертационной работе использованы автором при разработке и чтении лекционных спецкурсов и проведении лабораторных работ на старших курсах физического факультета Томского госуниверситета.

На защиту выпосятся следующие основные научные положения:

1. В условиях ГФЭ стационарная ростовая поверхность вицинальных и несингулярных граней ОаАэ и 1пАз образована эшелонами ступеней роста, состоящими из истинных многослойных ступеней, кинематических волн плотности ступеней и элементарных ступеней. Способность элементарных ступеней к объединению в многослойные ступени зависит от кристаллографических индексов террасы и торца и максимальна в случае террасы (111)А.

2. Для ступеней на вицинальных относительно (111)А поверхностях эпитаксиальных слоев СаАэ реализуется асимметричный захват атомов в ступень. Скорость встраивания атомов в ступени на вициналях <р°(001) ваАв зависит от кристаллографических индексов торца и выше в случае ступеней с торцом (111 )В по сравнению с торцом (111 )А.

3. Среднее расстояние между наблюдаемыми полиатомными ступенями роста X уменьшается при увеличении температуры кристаллизации. Это обусловлено диффузионным взаимодействием между ступенями в эшелоне, в результате чего л, стремится к А,8 - средней эффективной длине поверхностной диффузии частицы, лимитирующей рост.

4. Увеличение плотности элементарных ступеней, вводимых за счет разориентации относительно плотноупакованной плоскости, сопровождается перестройкой в эшелоне, что проявляется в уменьшении среднего расстояния между наблюдаемыми многослойными ступенями и увеличении их высоты.

5. При автоэпитаксии СкАв и 1пАэ на поверхности подложки образуются микрочастицы вторых фаз нанометровых размеров, состоящие из легкоплавкого элемента подложки (Оа, 1п) и примесей, присутствующих в газовой фазе и на поверхности подложки (Те, Сг, Тп, Си). Микрочастицы являются жидкими при температуре осаждения и оттесняются фронтом кристаллизации в процессе роста пленки, провоцируя образование в объеме слоя структурно-примесных неоднородностей.

6. При гетероэпитаксии InP на GaAs на- гетерогранице происходит образование протяженного (> 1 мкм) переходного слоя с переменными фазовыми, • структурными и электрофизическими параметрами. Формирование такого слоя происходит в результате перехода от островкового к'ступенчато-слоевому механизму роста с последующей релаксацией ступенчатого рельефа к стационарной форме.

Совокупность научных и практических результатов, полученных в результате проведенных исследований позволяет сделать вывод о том, что автором сделан значительный вклад в развитие научного направления «Физические основы газофазовой эпитаксии полупроводников типа А3В5».

Лпчпый вклад автора. Личный вклад автора состоит в определении и обосновании цели и задач исследований, выбором методов их решения. Автор принимал активное участие в проведении экспериментальных работ, разработке исследовательских методик. Им лично проведен основной объем электронномикроскопических и электронографических исследований. Анализ и интерпретация полученных результатов, формулировка научных положений, выносимых на защиту выполнены автором данной диссертации.

Аппобапия работы. Основные результаты исследований, вошедших в диссертационную работу, докладывались и обсуждались на следующих научных встречах: Всесоюзные совещания по исследованию арсенала галлия (Томск, 1972, 1978, 1982, 1987 гг.), Всесоюзные симпозиумы (конференции) по процессам роста и структуре монокристаллических слоев полупроводников (Новосибирск, 1972, 1975, 1978, 1981, 1984, 1987 гг.), Всесоюзных совещаниях по дефектам в полупроводниках (Новосибирск, 1973, 1979 гг.), Всесоюзном симпозиуме по активной поверхности твердых тел (Тарту, 1977 г.), Всесоюзных конференциях по росту кристаллов (Цахкадзор,1972 г., Тбилиси, 1977 г., Цахкадзор, 1985 г., Харьков, 1992 г.), Международной конференции по росту кристаллов (Москва, 1980 г.), Всесоюзных конференциях по физике соединений

А3В5 (Ленинград, 1978 г., Новосибирск, 1981 г.), Всесоюзной школе по физико-химическим основам электронного материаловедения (Улан-Удэ, 1981 г.), Всесоюзных совещаниях (симпозиумах) по электронной микроскопии (Ташкент, 1977 г., Звенигород, 1978 г., Таллин, 1979 г., Тарту, 1980 г., Звенигород, 1991 г.), Конференции американского материаловедческого общества (1993 г.), I конференции «Материалы Сибири» (Новосибирск, 1995 г.), Международной конференции по физике полупроводников А3В5 (Санкт-Петербург, 1996 г.).

Результаты работы обсуждались на научных семинарах в Институте кристаллографии РАН (г. Москва), Институте физики полупроводников РАН (г. Новосибирск), Институте радиоматериалов (г. Минск), ГУП НПП «Пульсар» (г. Москва), ГНПП «НИИ ПП» (г. Томск), а также на семинарах и ежегодных научных конференциях в СФТИ при Томском госуниверситете.

Публикадин. Основное содержание диссертации опубликовано в 42 печатных работах, перечень которых представлен в конце автореферата. В перечень не включено большое число публикаций по теме диссертации в трудах конференций.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения с выводами и содержит 350 страниц текста, в том числе 117 рисунков, 30 таблиц и 321 цитируемый источник.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Диссертация состоит из 5 глав, введения и заключения.

Во введении обосновывается актуальность диссертационной темы, сформулированы цель работы и способы ее достижения, научная новизна результатов и основные научные положения, выносимые на защиту., практическое значение работы. Представлена структура диссертации и изложено краткое ее содержание.

В первой главе проведен анализ литературных данных по исследованию процессов роста эпитаксиальных слоев полупроводников А3В5 в системах с

химическим транспортом, на основе чего- сформулированы задачи диссертационной работы, ориентированные на изучение элементарных процессов роста на фронте кристаллизации при ГФЭ. Отмечено, что наиболее предпочтительным подходом к их решению является комплексное изучение структуры ростовых поверхностей и кинетики роста эпитаксиальных пленок на подложках с различной кристаллографической ориентацией. Для проведения исследований поверхности использован модифицированный нами электронномикроскопический метод предварительно оттененных платиной угольных реплик.

Исследовано влияние кристаллографической ориентации подложки на микрорельеф ростовых поверхностей и скорость роста эпитаксиальных слоев ОаАз и 1пАз, выращенных в хлоридной газотранспортной системе при обычно используемых условиях наращивания (То=1023 К, 1>а5С13=200 Па), получены прямые экспериментальные доказательства существования ступенчатого рельефа на фронте кристаллизации.

Установлено, что в исследованном диапазоне кристаллографических ориентаций существует три интервала: (111)А -(113)А (А -интервал), (111)В-(113)В (В -интервал), (115)А-(001)-(115)В (С -интервал) - отличающихся строением ростовой поверхности. Наиболее простая микроступенчатая структура ростовых поверхностей ваАв характерна для слоев из В -интервала ориентации. Грань (111)В растет через образование и развитие центров роста. Их плотность при выбранных условиях составляет (2...4)х109см"2. На вицинальных и несингулярных плоскостях существует эшелон ступеней роста (рис. 1а), а скорость роста увеличивается при увеличении угла отклонения от сингулярной грани.

Рост слоев ОаАэ в А -интервале в широком диапазоне углов отклонения от (111)А происходит за счет действия локальных источников ступеней высокой плотности - (2...3)х107см"2 (рис. 16). Так как грань (111)А ОаАэ растет в условиях внешнедиффузионных ограничений, образующиеся холмики роста получают преимущественное развитие и в результате исходная грань (111)А распадается на совокупность плоскостей {Ш} и {Ьк1}. Роль ступеней, вводимых за счет

отклонения от сингулярной грани, незначительна и проявляется лишь на краю А -интервала - на плоскости (113)А.

Рис. 1. Рельеф ростовых поверхностей эпитаксиальных слоев СаАя ориентации 2°(111)В(а), 2°(111 )А(б) и 2°(001Хв).

Ступенчатая структура на поверхности слоев ваЛв из С -интервала ориентации при выбранных условиях эксперимента не наблюдается, проявляясь лишь при меньших концентрациях ростового вещества в газовой фазе (рис. 1в).

При сопоставлении микрорельефа слоев СаАэ и 1пАз, выращенных при сопоставимых условиях, обнаружено различие во взаимодействии ступеней на сравниваемых материалах. В В -интервале ориентации эшелон ступеней роста на вициналях ф°(111)В йаАя состоит из микроступеней (Ь = 1 нм) и кинематических волн плотности ступеней. Увеличение исходной плотности элементарных ступеней приводит к перестройке эшелона в систему истинных полиатомных ступеней. В случае 1пАб перестройки эшелона исходных ступеней не происходит, во всем интервале ориентаций реализуется ступенчато-слоевой рост с участием эшелона элементарных ступеней.

В А -интервале ориентаций центры генерации ступеней присутствуют только на сингулярной (111)А грани 1пАэ. На поверхности вицинальных и несингулярных слоев IпЛэ, в отличие от ОаАв, существует хорошо выраженная ступенчатая структура, образованная микро и макроступенями. Высота ступеней на поверхности 1пАз на порядок и более превышает высоту ступеней на ОаАэ.

В С -интервале ориентации при выбранных условиях эксперимента структуры ростовых поверхностей GaAs и InAs одинаковы - ступени роста не наблюдаются из-за малости их высоты (h < 1 нм).

На основе данных по структуре ростовой поверхности и скорости нормального роста выполнены оценки скоростей тангенциального движения ступеней Vt в каждом из интервалов. Показано, что для InAs выполняется соотношение V8, > Vе, > VAt, для GaAs - VAt > Vе, > VB,. Различие в V, на полярных (111)А,В гранях арсенидов галлия и индия объясняется различиями в составе и плотности адсорбционных слоев на ростовых поверхностях сравниваемых материалов

На основе данных о ступенчатом рельефе поверхностей проведены оценки величин, характеризующих поверхностную диффузию: средних длин А.,, коэффициентов Ds и энергий активации Es - для полярных (111) граней арсенидов галлия и индия. Получены соотношения: для арсенида галлия A.S(iii)a > ^s(1u!b. Ds(1U)a > Ds(h1)b, Es(iu)a< Es(ui)3, для арсенида индия ?-5(ni)a > DS(iii)B > DS(iu)A, Е5(Ш)А> ES(iu)B-

Во второй главе представлены результаты исследования устойчивости ростового микрорельефа и кинетики роста эпитаксиальных слоев GaAs и InAs при варьировании температуры осаждения (773... 1073 К), парциального давления (10...4000 Па) и соотношения (А3/В5 =10. .0.033) ростовых компонентов в газовой фазе.

Показано, что ступенчато-слоевой механизм роста является основным при выращивании слоев на подложках из кристаллографических интервалов (111)А -(113)А, (111)В - (113)В и устойчив к изменениям температуры кристаллизации, состава газовой фазы и материала слоя. В интервале ориентации (115)А-(001)-(115)В на вицинальиых плоскостях реализуется смешанный (квазинормальный и ступенчато-слоевой) механизм роста.

Получены экспериментальные зависимости скорости нормального роста и структуры ростовых поверхностей эпитаксиальных слоев GaAs и InAs, выращенных на плотноупакованных, вицинальных и несингулярных гранях

кристаллов от концентрации и соотношения ростовых компонентов в газовой фазе.

Установлено, что минимум скорости роста, соответствующий грани (111)А ваАз является неустойчивым и определяется скоростью процессов зародышеобразования на дефектных и бездефектных центрах кристаллизации. Интенсификация процессов нуклеации происходит при увеличении концентрации мышьяка в газовой фазе и плотности тримеров мышьяка в адсорбционном слое. При высоких концентрациях мышьяка в газовой фазе анизотропия скорости роста слоев ваАв в интервале ориентации (111)А-(113)А определяется двумя факторами: генерацией ступеней источниками и переогранкой возникающей при этом развитой ростовой поверхности. Предложена модель поверхностной перестройки, объясняющая уменьшение скорости нормального роста слоя при отклонении от сингулярной грани (111)А арсенида галлия и существование минимума скорости роста на плоскости (113)А появлением на фронте кристаллизации микроучастков плоскостей (110) с малой скоростью роста. Модель справедлива и для слоев арсенида индия из А -интервала.

Установлено, что грань (111)А 1пАз имеет абсолютный минимум скорости роста, не зависящий от состава газовой фазы. Скорость ее роста, равно как и других плотноупакованных граней арсенида индия определяется концентрацией монохлорида индия в адсорбционном слое.

Получены экспериментальные зависимости скорости нормального роста (1пАз) и структуры ростовых поверхностей (СзАб, ТпАэ) эпитаксиальных слоев, выращенных на плотноупакованных, вицинальных и несингулярных гранях кристаллов от температуры кристаллизации и на этой основе:

а) выполнены оценки энергий активации процессов роста эпитаксиальных слоев 1пАб, показывающие, что кристаллизация протекает в условиях кинетического контроля при температурах 900 К < Т0 ^ 1000 К (ДЕ = 32...39 кКал/моль). При Т0 < 900 К реализуется внешнедиффузионный контроль (ДЕ = 6... 14 кКал/моль).

Рис. 2. Зависимости скорости тангенциального движения ступеней роста на поверхности СаАэ от температуры кристаллизации, б) выполнены оценки скоростей тангенциального движения ступеней У[ (рис.2) и энергий активации ДЕ, этого процесса. Энергии активации для двух материалов близки в (Ш)А-(ИЗ)А и (115)А-(001)-(115)В интервалах ориентаций, тогда как в интервале (1Н)В - (113)В ДЕ, ^ > ДЕ, сам- В А -интервале скорость движения ступени лимитируется диффузионной доставкой ростовых компонентов, в В -интервале - скоростью процессов на ступенях.

В третьей главе представлены результаты исследования перестроек в эшелонах наблюдаемых ступеней на ростовой поверхности эпитаксиальных слоев арсенида галлия.

Показано, что увеличение расчетной плотности элементарных ступеней при разориентации относительно грани (111)А приводит к их перестройке, проявляющейся в увеличении средней высоты 1т и уменьшении среднего расстояния X между ними. При этом X стремится к наиболее вероятному значению Хт. Предполагается, что эффект обусловлен диффузионным взаимодействием между ступенями, причем средняя длина диффузионного пробега ростовых частиц складывается из пробега по террасе X™ и вдоль ступени к активному излому (А, = +

На примере эпитаксиальных слоев СаАв, выращенных на подложках ориентации <р°(001), исследовано влияние полярности торцов {111 }А,В ступеней

на скорость ростовых процессов. Показано, что для монослойных ступеней это влияние существенно при малых концентрациях мышьяксодержащих компонентов в газовой фазе ([Ga]/[As] > 1) и проявляется в меньшей скорости процессов встраивания ростовых единиц в ступени с торцом (111)А. Эффект объясняется различной вероятностью адсорбции частиц в устойчивые положения на сопоставляемых ступенях и существует только в условиях ростовой поверхности, стабилизированной GaCl.

Обнаружено асимметричное распределение центров роста на террасах (111)А, из чего следует, что (1)на ступенях в окрестности грани (111)A GaAs реализуется несимметричный захват ступенью атомов, поступающих к ней по верхней и нижней террасам, (2)равновесный состав адсорбционного слоя за движущейся ступенью быстро восстанавливается (размеры «хлорного шлейфа» -области за ступенью с 6q ~ 1 - не более 10 нм)

При исследовании влияния температуры кристаллизации на параметры ростовых ступеней в окрестности плотноупакованных граней (111 )А, (111)В, (110), (001) установлено, что полимолекулярные ступени формируются на поверхности вициналей <p°(lll)A(ooi> ф0(Ш)А(цо> Ф°(111)В(цо), Ф°(П0)(ш)в (обозначение (hki) в подстрочнике означает плоскость, по направлению к которой проводится разориентация относительно выбранной сингулярной грани). На вициналях ф°(111)В(ск,1), Ф°010)(Ш)А и ф°(001) образования полимолекулярных ступеней не происходит. Предполагается, что на этих поверхностях ступени мономолекулярны.

Среднее расстояние между наблюдаемыми ступенями роста в эшелонах уменьшается при увеличении температуры кристаллизации в интервале 873...1073 К. В предположении, что К = Xs построены зависимости средней длины диффузионного пробега ростовых частиц по террасам (111 )А,В и (110) от температуры осаждения. Зависимость A.s('To) совпадает с теоретически ожидаемой. Используя эти данные и формулу ^2s=Dsts, построены зависимости DS(T0) (рис.3) и сделаны оценки энергий активации поверхностной диффузии на

террасах (111)А, (111)В и (110) в условиях поглощающей поверхности: Е5(ш)в=0.94 эВ, Es(1U)A=0.82 эВ, Е5(п0)=О.73 эВ.

р-Т-1-1 г^

, 1.1_I_1_1__1

9 12

Рис.3.Температурная зависимость коэффициента поверхностной диффузии.

Среднее расстояние между ступенями в А -интервале ориентации увеличивается при увеличении концентрации мышьяка в газовой фазе, стремясь к некоторому предельному для данной температуры и концентрации GaCl значению. Скорость нормального роста слоев при этом уменьшается. Наблюдаемые эффекты объясняются, исходя из представлений об изменениях в характеристиках поверхностных процессов: уменьшение поверхностных потоков ростового вещества из-за уменьшения концентрации вакансий в адсорбционном слое, увеличение плотности адсорбированных атомов мышьяка и, соответственно, плотности изломов на ступенях. Существование Я-цщ обусловлено предельными значениями скорости реакции на ступени и средней длины диффузионного пробега GaCl по террасе (111)А.

Исследования процессов, происходящих на фронте кристаллизации при эпитаксии слоев A3B5 (GaAs) дополнены изучением структуры ростовых поверхностей элементарных полупроводников (Si, Ge). При исследовании зависимости характеристик эшелонов ступеней роста от кристаллографической ориентации подложки Ge установлено, что, в отличие от арсенида гагшия, при низкотемпературной (673 К) ГФЭ германия в системе Ge/Ш/Нг происходит интенсивная переогранка поверхности слоев германия с образованием истинных ступеней микронных размеров, ограненных плоскостями (111) и (001). Этот

процесс развивается с увеличением времени роста. Скорость процесса переогранки увеличивается с увеличением исходной плотности ступеней (угла разориентации подложки относительно сингулярной грани). Ростовое вещество поглощается микроступенями, существующими на поверхности макроступеней.

Проведены исследования кинетики роста и структуры ростовых поверхностей эпитаксиальных слоев кремния в окрестности сингулярной (111) грани при различных температурах осаждения и концентрациях ростового вещества в системе S1CI4-H2 На основе этих данных выполнены оценки средней длины диффузионного пробега, коэффициента и энергии активации поверхностной диффузии ростовых частиц (SiCb), скорости тангенциального движения ступеней роста: при T0=1273 К, Саси=0.2 об.% Xs=45hm, Ds=4xl0"7 см2/с, Es=l .ЗэВ.

В четвертой главе рассмотрена кинетика кристаллизации и строение ростовых поверхностей эпитаксиальных слоев GaAs для практически важного случая латеральной эпитаксии. Отличительной особенностью латеральной эпитаксии является использование подложек, поверхность которых частично маскирована диэлектрической или металлической пленкой.

Проведены детальные исследования кинетики кристаллизации GaAs в хлоридной газотранспортной системе на подложках ряда ориентации [(001), (011)] поверх диэлектрической (SiOj) и металлической (W) масок. Получены зависимости скорости латерального роста Vl от азимутального угла а в плоскости подложки поверх диэлектрической маски из Si02 (рис.4). Установлено, что форма зависимости VL(a) (положение экстремумов) устойчива к вариации' условий роста (температура осаждения, концентрация ростовых компонентов) и претерпевает лишь количественные изменения.

Проанализирована зависимость огранки латерального фронта роста от условий кристаллизации и азимутального направления в плоскости подложки. Определены кристаллографические индексы плоскостей, присутствующих в огранке латерального фронта. На основе этой информации и данных по анизотропии скорости нормального роста проведено моделирование

зависимости Ух.(а). Форма экспериментальной - и модельной зависимостей качественно подобны.

Рис.4.Анизотропия скорости латерального роста ваАв на плоскости 2°(001), Обнаружен эффект влияния материала подстилающей поверхности на кинетику латерального роста, выражающийся в том, что при прочих равных условиях скорость латерального роста поверх металлической маски больше, нежели при использовании диэлектрической маски. Предложена модель, в которой эффект объясняется разницей в поверхностной плотности адсорбированных ростовых компонентов на сравниваемых материалах.

Получены структуры ОаА^РМЮаАъ со встроенными полосковыми вольфрамовыми электродами, проанализированы основные типы дефектов в области эпитаксиального слоя над металлом.

Пятая глава содержит результаты исследований влияния примесей на образование фазовых и структурно-примесных микронеоднородностей в эпитаксиальных слоях А3В5 и структурах «металл-А3В5». Исследования проведены с применением комплекса физических методов: рентгеноструюурный анализ, электронная микроскопия, электронография, Оже электронная спектроскопия, массспектрометрия вторичных ионов.

Проведены детальные исследования влияния микроколичеств примесей, присутствующих на поверхности подложки, на формирование центров торможения ступеней - ЦТС (рис. 5) и связанных с ними дефектов при автоэпитаксии ОаАэ и 1пАб. С .этой целью варьировали тип и концентрацию

примесей в газовой фазе (Те, Zn) и на поверхности (нанесение подслоев Си, 1п, О а, Б, Те; обработка в различных травителях) подложки.

Рис.5. Центры торможения ступеней на поверхности эпитаксиальных слоев GaAs ориентации 2°(111)А.

Установлено, что на начальном этапе роста на поверхности подложки происходит образование частиц вторых фаз нанометровых размеров. Микрочастицы образуются на основе легкоплавкого элемента (Ga, In) и примесей (фоновых и легирующих), присутствующих в газовой фазе и на поверхности подложки ((Те, Cr, Zn, Си). Микрочастицы являются жидкими при температурах кристаллизации, больших 950 К (GaAs), 880 К (InAs) и оттесняются поверхностью растущей пленки с образованием в объеме слоя примесных неоднородностей канального типа. Микрочастицы взаимодействуют со ступенями роста, выступая в качестве стопоров - ЦТС.

Предложен метод визуализации микронеоднородностей канального типа в объеме пленки, основанный на использовании комбинированной методики, включающей в себя кратковременное травление образца в травителе Абрахамса-Бьюоччи с последующим электронномикроскопическим (реплики) наблюдением поверхности травления.

При экспериментальном моделировании процессов образования стопоров получены данные, позволяющие считать, что причиной непрерывного образования ростовых дефектов упаковки в объеме слоя может быть затвердевание капли-стопора и зарождение на возникающей твердой частице дефекта упаковки.

Проведено систематическое исследование изменения морфологии, структуры и состава поверхности подложки в процессе ее обработки, что позволило обнаружить эффект длительного сохранения информации о предыдущей обработке образца на последующих этапах.

Проведены детальные исследования. процессов формирования неоднородностей субмикронных размеров на границах раздела при газофазовой гетероэпитаксии полупроводников А3В5. На примере пары 1пРЛЗаАз, показано, что в эпитаксиальной пленке фосфида индия в окрестности гетерограницы самопроизвольно образуется протяженная (более 1 мкм) область пленки с переменными фазовыми, структурными и электрофизическими характеристиками. На основании полученных экспериментальных данных предложена модель образования переходкого слоя, включающая в себя:

•образование фазовой неоднородности: на начальном этане происходит, формирование трехмерных центров роста твердого раствора IrixGai.xAsi.yPy, состав которых непрерывно изменяется вплоть до момента слияния центров и образования сплошного слоя (Ь 2 50...70 нм). Эффект обусловлен одновременным протеканием на поверхности подложки двух параллельных обратимых химических реакций выделения 1пР и травления СаАэ, обеспечивающих присутствие на фронте кристаллизации молекул ОаС1, 1пС1, АЭх, Рх и образование слоя четверного раствора (рис 6). Изменение концентрации СаАз в твердом растворе определяется уменьшением площади подложки, не закрытой центрами роста. При образовании сплошного слоя его состав близок к 1пР;

•образование примесной неоднородности: при слиянии центров роста формируется морфологически неоднородная поверхность, релаксирующая в дальнейшем к стационарному рельефу с эшелоном ступеней роста. Этот процесс сопровождается изменением коэффициента захвата примеси и, соответственно, уровня легирования.

При исследованиях начальных стадий электролитического осаждения металла (№, Рё) на поверхности полупроводника обнаружено, что образование фазовых неоднородностей из элементов металлической пленки и подложки на

гетерогранице может происходить при пониженных температурах уже на этапе электроосаждения металла. При последующем отжиге происходит усиление процессов фазообразования с формированием резко неоднородной непланарной границы «новая фаза - А3В3». Основываясь на экспериментальных данных, сделано предположение, что ориентация подложки оказывает существенное влияние на химический состав и скорость образования новой фазы.

Сг,ат.%

Рис.6. Распределение элементов в эпитаксиальном слое вблизи гетерограницы 1пР/СаАз.

В заключении сформулированы основные результаты работы:

1. Впервые для газофазовой эпитаксии полупроводников А3В5 с применением высокоразрешающих методов электронной микроскопии проведены систематические исследования микрорельефа ростовых поверхностей сингулярных, вицинальных и несингулярных граней СаАй и 1пАз в широком интервале варьирования условий наращивания: температура роста, концентрация ростовых компонентов и их соотношение в газовой фазе, время роста - с одновременным изучением кинетики кристаллизации. Получены прямые экспериментальные доказательства существования ступенчатого рельефа на ростовой поверхности полупроводников А3В5 в условиях ГФЭ.

2. Показано, что в случае йаАв способность элементарных ступеней к объединению с формированием многослойных ступеней зависит от кристаллографических индексов торца и террасы. Полиатомные ступени формируются на вициналях <р°(111)А при любых отклонениях от сингулярной

(111)А грани. На вициналях ф°(111)В образование макроступеней более выражено, когда торец ступени образован гранью (110), а не (001). Наконец, на вициналях ф°(001). образование многослойных ступеней затруднено и происходит при малых концентрациях ростовых компонентов в газовой фазе.

3. На основе 'Экспериментальных данных по структуре ростовых поверхностей проведены количественные оценки характерных величин поверхностных диффузионных процессов: средних длин коэффициентов Ds и энергий активации Е, поверхностной диффузии - для полярных (111) граней GaAs и InAs. Установлено, что эти параметры зависят как от кристаллографической ориентации, так и материала пленки. Для GaAs ^s(iii)A>^s(iii)B, Ds(h!)a>DS(ui)b, E!(111)a<Es(111)a, тогда как для InAs As(ni)A>^s(ni)B. Ds(iii)A<Ds(iii)B, ES(hi)a>ES(iii)a. На одинаковых гранях

4. Установлено, что априори ожидаемое увеличение плотности ступеней роста при увеличении угла отклонения от сингулярной грани наблюдается при условии, что последней соответствует глубокий минимум скорости роста. На примере вицинальных поверхностей <р°(111)А показано, что увеличение плотности элементарных ступеней приводит к перестройке в их эшелоне, проявляющейся в уменьшении среднего расстояния между наблюдаемыми полиатомными ступенями.

5. Получены экспериментальные доказательства асимметричного захвата атомов в полиатомную ступень со стороны нижней и верхней террас на вицинальных относительно (111)А поверхностях GaAs.

6. Установлено, что среднее расстояние между наблюдаемыми ступенями роста X уменьшается при увеличении температуры кристаллизации Т0. В предположении, что X = Xs, построены зависимости средней эффективной длины диффузионного пробега ростовых частиц по террасам (111)А, (111)В, (110) от То в условиях поглощающей поверхности и оценены энергии активации: Е5(Ш)А=0.82 эВ, Е5(ш)в = 0.94 эВ, Е*,,,,, = 0.73 эВ.

7. Обнаружено влияние структуры торца на скорость процессов встраивания атомов в ступень. Скорость встраивания в ступени на вициналях

(p°(001) GaAs при малых концентрациях мышьяка в газовой фазе зависит от кристаллографических индексов торцевой поверхности ступени и выше для ступени, имеющей на торце грань (111)В, а не (111)А. Эффект обусловлен различной вероятностью захвата ростовых единиц в устойчивое положение на ступенях разного типа и существует только в условиях поверхности, стабилизированной GaCl.

8. Проведены систематические исследования кинетики роста и структуры ростовой поверхности эпитаксиальных слоев GaAs для практически важного случая латеральной эпитаксии поверх металлических и диэлектрических покрытий в хлоридной газотранспортной системе. Показано, что латеральный фронт кристаллизации огранен плоскостями, которым соответствуют минимумы скорости роста на зависимости VN((p), а анизотропия скорости латерального роста может быть промоделирована на основе данных по анизотропии скорости нормального роста Обнаружен эффект влияния материала подстилающей поверхности на кинетику латерального роста, который объяснен различиями в плотности ростового вещества на металлической (химическая адсорбция) и диэлектрической (физическая адсорбция) масках.

9. Проведены детальные исследования влияния микропримесей на формирование дефектов роста при автоэпитаксии GaAs и InAs. Установлено, что в условиях ГФЭ на начальном этапе роста на поверхности подложки образуются частицы вторых фаз нанометровых размеров. Показано, что

•микрочастицы образуются на основе легкоплавкого элемента (Ga, In) и примесей (фоновых и легирующих), присутствующих в газовой фазе и на поверхности подложки (Те, Cr, Zn, Си);

•микрочастицы являются жидкими при температурах кристаллизации, больших 950 К (GaAs), 880 К (InAs) и оттесняются поверхностью растущей пленки с образованием в объеме слоя примесных неоднородностей канального типа;

•микрокапли, затвердевая, захватываются в объем пленки и могут служить центрами зарождения дефектов упаковки.

Разработана методика визуализации микронеоднородностей канального типа, включающая в себя кратковременное химическое травление в АВ -травителе с последующим электронномикроскопическим исследованием поверхности травления.

10. Проведены исследования процесса образования переходных слоев при гетероэпитаксии А3В3. На примере пары 1пР/ОаАз показано, что в эпитаксиальной пленке фосфида индия в окрестности гетерограницы самопроизвольно формируется переходная область микронных размеров с переменными фазовыми, структурными и электрофизическими параметрами. Предложена модель образования переходного слоя, включающая в себя

•образование фазовой неоднородности - на начальном этапе происходит формирование трехмерных центров роста твердого раствора InxGai.xAsi.yPj., состав которых непрерывно изменяется до слияния центров и образования сплошного слоя. Эффект обусловлен протеканием на поверхности подложки двух параллельных обратимых химических транспортных реакций: выделения 1пР и травления ОаАэ - обеспечивающих присутствие на фронте кристаллизации галлия, индия, фосфора и мышьяка;

•образование примесной неоднородности - при слиянии центров роста формируется морфологически неоднородная ростовая поверхность, релаксирующая в дальнейшем к стационарному рельефу с эшелоном ступеней роста. Этот процесс сопровождается изменением коэффициента захвата примеси и, соответственно, уровня легирования пленки..

11. Показано, что образование фазовых неоднородностей из элементов металлической пленки и подложки на гетерогранице «металл-полупроводник А3В5» (№, Рс1 - ОаАэ) может происходить уже на этапе электрохимического низкотемпературного осаждения металла.

Основпые результаты диссертации изложепы в следующих работах: 1. Лаврентьева Л.Г., Ивонин И.В., Красильникова Л.М., Румянцев Ю.М., Якубеня М.П. Влияние температуры кристаллизации на рост и легирование автоэпитаксиальных слоев арсенида галлия. I. Морфология слоев ориентации (1; 1; 1.075).//Изв. вузов. Физика. - 1973. - т. 16, №6. - СС. 68-71.

2. Лаврентьева Л.Г., Ивонин И.В., Красильникова Л.М, Московкин В.А., Якубеня М П. Исследование микроморфологии автоэпитаксиального арсенида галлия. Зависимость от ориентации подложки. // Изв. вузов. Физика. - 1973. -т.16, №10. - СС. 148-150.

3. Лаврентьева Л.Г., Захаров И.С., Ивонин И.В., Колодешникова Н.П., Опрышко Н.И. Особенности анизотропии роста и легирования эпитаксиальных слоев германия в системе Ge-Ji.//Кристаллография. - 1973. - т. 18, №2. - СС.369-373.

4. Лаврентьева Л.Г., Ивонин И.В., Пороховниченко Л.П., Красильникова Л.М., Иванова H.H. Влияние способа обработки подложек на кинетику роста автоэпитаксиальных слоев арсенида галлия и их свойства. // Электронная техника. Сер.2. Полупроводниковые приборы. - 1973. - вып.З. - СС.14-19.

5. Лаврентьева Л.Г., Ивонин И.В., Пороховниченко Л.П., Красильникова Л.М. Зарождение дефектов при эпитаксии арсенида галлия. // В кн. Дефекты структуры в полупроводниках. Материалы Всесоюзного совещания по дефектам в полупроводниках. Новосибирск, 1973. - СС.50-53.

6. Лаврентьева Л.Г., Ивонин И.В., Пороховниченко Л.П., Красильникова Л.М., Иванова H.H. Влияние способа обработки подложек на кинетику роста автоэпитаксиальных слоев арсенида галлия и их свойства. // Изв. вузов. Физика. - 1974. - т. 17, №1. - СС. 20-24

7. Красильникова Л.М., Ивонин И.В., Масарновский Л.В, Сысоева Л.Н., Якубеня М.П. К методике электронномикроскопических исследований ростовой поверхности эпитаксиальных слоев. И Изв. вузов. Физика. - 1975, - т.18, №8. -СС. 19-22.

8. Лаврентьева Л.Г., Ивонин И.В., Красильникова Л.М., Пороховниченко Л.П. Исследование микроморфологии автоэпитаксиальных слоев арсенида галлия. Влияние ориентации и легирующей примеси (Zn). // Изв. вузов. Физика. - 1975. -т. 18,№9. -СС. 58-63.

9. Лаврентьева Л.Г., Ивонин И.В., Красильникова Л.М., Пороховниченко Л.П. Исследование микроморфологии автоэпитаксиальных слоев арсенида галлия. Начальные стадии роста. // Изв. вузов. Физика. - 1975. - т.18, №9. - СС. 69-74.

Ю.Лаврентьева Л.Г., Захаров И.С., Ивонин И.В., Торопов С.Е. Влияние условий кристаллизации на анизотропию скорости роста и легирования эпитаксиального германия. // В кн. Рост кристаллов. Т. 11. /Под ред. А. А. Чернова. Ереван.: изд. ЕГУ, 1975. -СС. 178-184.

11.Лаврентьева Л.Г., Вихшсова М.Д., Ивонин И.В., Катаев Ю.Г., Красильникова Л.М., Пороховниченко Л.П., Румянцев Ю.М., Шумков А.Д., Якубеня М.П. Кинетика роста и легирования эпитаксиального арсенида галлия. // В кн. Процессы роста и синтеза полупроводниковых кристаллов и пленок. ч.1. Новосибирск: Наука, 1975. - СС.156-163.

12.Лаврентьева Л.Г., Ивонин И.В., Красильникова Л.М., Пороховниченко Л.П., Вяткина И. А. Влияние типа легирующей примеси на формирование ростового рельефа арсенида галлия в хлоридной газотранспортной системе. // Изв. вузов. Физика. - 1976. - т.19, №1. - СС. 44-48.

П.Лаврентьева Л.Г., Ивонин И.В., Красильникова Л.М., Пороховниченко Л.П. Скорость роста и структура поверхности АЭС ваАз. I. Зависимость от технологических условий наращивания в газотранспортных системах. // В кн. Рост и легирование полупроводниковых кристатлов и пленок. Новосибирск.: Наука, 1977. - СС.84-92.

14.Лаврентьева Л.Г., Ивонин И.В., Красильникова Л.М., Пороховниченко Л.П. Скорость роста и структура поверхности АЭС СаАБ. II. Влияние легирующих примесей и пересыщения. // В кн. Рост и легирование полупроводниковых кристаллов и пленок. Новосибирск.: Наука, 1977. - СС.92-98.

15.Лаврентьева Л.Г., Ивонин И.В., Пороховниченко Л.П. Рост арсенида галлия при различных входных пересыщениях в газотранспортной системе СаАв-АбСЬН}. И. Механизм роста. // Изв. вузов. Физика. - 1977. - т.20, №12. - СС.24-29.

16.Ивонин И.В., Красильникова Л.М., Лаврентьева Л.Г., Орион Б.В., Скворцов И.М. Исследование механизма роста тонких автоэпитаксиальных слоев кремния, выращенных в низкотемпературном хлоридном процессе. // Изв. вузов. Физика. - 1979. -т.22, №2. -СС.59-63.

17.Ивонин И.В., Красильникова Л.М., Лаврентьева Л.Г., Лымарь Г.Ф. Кинетика формирования дефектов типа ЦТС при газофазовой эпитаксии арсенида галлия. Изв. вузов. Физика. - 1979. - т.22, №6. - СС. 119-123.

18.Ивонин И.В. Рельеф поверхности и диффузионные процессы при росте эпитаксиальных слоев арсенида галлия. // Деп. В кн. Проблемы роста полупроводниковых кристаллов и пленок. БУ ВИНИТИ «Деп. рукописи (естеств. и тонн, науки)», 19806,№4(102),ч.1,№158-80 деп. -СС.3-5.

19.Лаврентьева Л.Г.. Ивонин И.В., Пороховниченко Л.П. Кинетика и механизм роста арсенида галлия в газотранспортных системах. // В кн.: Рост кристаллов. Т.13. / Под ред. Е. И. Гиваргизова. М.: Наука. -1980,- СС..33-44.

20.Александрова Г.А., Ивонин И.В., Красильникова Л.М,' Криволапое H.H., Лаврентьева Л.Г., Пащенко П.Б., Рузайкин М.П., Шубин А.Е., Якубеня М.П. Кинетические и морфологические исследования процессов роста эпитаксиальных слоев InAs. // В кн. Расширенные тезисы VI Международной конференции по росту кристаллов. Т.1 М.:1980. - СС.262-264.

21.Александрова Г.А., Ивонин И.В., Красильникова Л.М, Лаврентьева Л.Г., Шубин А.Е., Якубеня М.П. Исследование явлений анизотропии при газофазовой эпитаксии арсенида индия. I. Анизотропия скорости роста и микрорельеф поверхности. // Изв. вузов. Физика. - 1980. - т.23, №9. - СС.71-75.

22.Lavrentieva L.G., Ivonin I.V., Krasilnikova L.M., Vilisova M.D. Formation of submicron growth defects during vapour deposition of GaAs films. // Kristall und Technik. - 1980. - v/15, N6. - PP.683-689.

23 .Александрова Г.А., Ивонин И.В., Красильникова Л.М., Лаврентьева Л.Г., Шубин А.Е., Якубеня М.П. Влияние условий кристаллизации на кинетику роста и дефеггообразования при выращивании слоев InAs в хлоридной системе. // В кн. Технология получения и электрофизические свойства соединений А3В5. Ленинград, 1981. - СС.24-26.

24.Красильникова Л. М., Ивонин И.В., Лаврентьева Л.Г. Ростовые микродефекты в автоэпитаксиальном арсениде галлия. // В кн. Синтез и рост совершенных кристаллов и пленок полупроводников. / Под ред. Л. Н. Александрова. Новосибирск, 1981. - СС.175-178.

25.Александрова Г.А., Ивонин И.В., Лаврентьева-Л.Г., Лымарь. Г.Ф., Рузайкин М.П., Шубин А.Е. Исследование явлений анизотропии при газофазовой эпитаксии арсенида индия. II. Анизотропия скорости роста и захвата примеси. // Изв. вузов. Физика. - 1982. - т.25, №4. - СС.36-39.

26.Александрова Г.А.; .Ивонин И.В., Красильникова Л.М., Криволапое H.H. Образование субмикронных ямок роста при газофазовой эпитаксии арсенида индия. // Изв. вузов. Физика. - 1982. - т.25, №4. - СС. 110-111.

27.Лаврентьева Л.Г., Иванов В.Г., Ивонин И.В., Московкин В.А., Торопов С.Е. Влияние температуры кристаллизации на скорость роста эпитаксиальных слоев арсенида галлия в системе GaAs-AsCl3-H2. // Изв. вузов. Физика. - 1982. -t.25,N.9.-CC. 101-104.

28.Лаврентьева Л.Г., Иванов В.Г., Ивонин И.В., Московкин В.А. Влияние температуры кристаллизации на структуру ростовых поверхностей эпитаксиальных слоев арсенида галлия в системе GaAs-AsCb-Hj. // Изв. вузов. Физика. - 1982. - т.25, N.9. - СС. 105-108.

29.Александрова Г.А., Ивонин И.В., Красильникова Л.М., Лаврентьева Л.Г., Пащенко П.Б., Шубин А.Е. Зависимость скорости роста эпитаксиальных слоев InAs от давления AsCb в системе InAs-AsCl3-H2. // Изв. вузов. Физика. - 1983. - т.26, №11. - СС.49-52.

30.Александрова Г.А., Ивонин И.В., Красильникова Л.М, Лаврентьева Л.Г., Пащенко П.Б., Шубин А.Е. Зависимость скорости роста эпитаксиальных слоев InAs от температуры осаждения в системе InAs-AsCb-Hí. // Изв. вузов. Физика. - 1984. - т.27, №5. - СС.32-36.

31.Александрова Г.А., Ивонин И.В., Лаврентьева Л.Г, Пащенко П.Б., Чеканова М.В. Использование AsH3 для управления анизотропией скорости роста эпитаксиальных слоев арсенида галлия в системе Ga-AsCb-H2. И В кн. VI Всесоюзное совещание по исследованию арсенида галлия, т.1. Томск: изд. ТГУ, 1987. -СС.110-111.

32.Ивонин И.В., Торопов С.Е. Электронномикроскопическое исследование поверхности эпитаксиальных слоев GaAs в окрестности грани (111)А. // Изв. вузов. Физика. - 1987. -т.30, №9. - СС.8-12.

33.Криволапов H.H., Кравцов В.И., Ивонин И.В., Лаврентьева Л.Г., Торопов С.Е. Применение физических методов для контроля состояния поверхности подложки арсенида галлия в процессе предэпитаксиальной обработки. // В кн. VI Всесоюзное совещание по исследованию арсенида галлия, т.1. Томск: изд. ТГУ, 1987.-СС.112-113.

34.Александрова Г.А., Ивонин И.В., Лаврентьева Л.Г., Пащенко П.Б., Чеканова М.В. Влияние входного давления AsHs на рост эпитаксиальных слоев GaAs в системе GaCl-AsH3-H2. Интервал ориентации (115)А-(001)-(115)В. // Изв. вузов. Физика. - 1988. - т.31, №9. - СС.81-86.

35.Красилышкова Л.М., Ивонин И.В., Якубеня МП., Максимова Н.К., Арбузова Г.К. Процессы твердотельной перекристаллизации в структурах Ni-GaAs, Pd-GaAs. // Изв. вузов. Физика. -1989. - т.32, №3. - СС.60-65.

36.Ивонин И.В., Криволапов H.H., Лаврентьева Л.Г., Пороховниченко Л.П. О роли подложки в формировании дефектов структуры типа ЦТС в условиях газофазовой эпитаксии арсенида галлия. // Изв. вузов. Физика. - 1992. - т.35, №1. - СС.64-65.

37.Ивонин И.В., Каримова Н.Я., Криволапов H.H., Лаврентьева Л.Г. Использование AB -травителя для выявления структурно-примесных неоднородностей в эпитаксиальных слоях GaAs. // Изв. вузов. Физика. - 1992. -т.35, №5. -СС.111-114.

38.Владимирова С.Ю., Ивонин И.В., Катаев Ю.Г., Лаврентьева Л.Г., Пороховниченко Л.П. Кинетика кристаллизации арсенида галлия при латеральной эпитаксии в хлоридной газотранспортной системе. // Кристаллография. - 1995. - t.40,N,5. - СС. 919-919.

39.Владимирова С.Ю., Ивонин И.В., Лаврентьева Л.Г., Пороховниченко Л.П., Черкасов В.В. Влияние ориентации подложки на анизотропию скорости латерального роста арсенида галлия в хлоридной газотранспортной системе. // Кристаллография. - 1996. - т.41, N.5. - СС. 932-934.

40.Ивонин И.В., Лаврентьева Л.Г., Лукаш B.C., Субач C.B., Черников Е.В., Тарзимянов А.Н. Начальные стадии роста и образование переходных слоев

при гетероэпитаксии InP на GaAs. // Изв. вузов. Физика. - 1996. - т.39, №6. -СС.85-90.

41.Chaldyshev V. V.,, Ivonin I. V., Kunitsyn A. E., Lavrentieva L. G., Veinger A. I., Vilisova M. D. Chemical vapor deposition of GaAs containing nanometer size clusters. // Inst. Phys/Conf. Ser.l55,ch. 3. - 1997, - PP.251-254.

42.Брудный B.H., Воеводина O.B., Воеводин В.Г., Гриняев С.Н., Ивонин И.В., Караваев Г.Ф., Лаврентьева Л.Г. Физика сложных полупроводниковых кристаллов и структур. // Изв. вузов. Физика. - 1998. - т.41, №8. - СС.26-38.

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ СИБИРСКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА В.Д.КУЗНЕЦОВА ПРИ ТОМСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ УНИВЕРСИТЕТЕ

На правах рукописи

ИВОНИН Иван Варфоломеевич

СТУПЕНИ РОСТА И ПРОЦЕССЫ НА ФРОНТЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПРИ ГАЗОФАЗОВОЙ ЭПИТАКСИИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ А3В5.

Специальность 01.04.07 - физика твердого тела

ДИССЕРТАЦИЯ

НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ ДОКТОРА ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ НАУК

ТОМСК - 1998.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................................... 7

Краткое содержание работы............................................................................... 15

ГЛАВА 1. СТРУКТУРА РОСТОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ И МЕХАНИЗМ РОСТА ЭПИТАКСИАЛЪНЫХ СЛОЕВ А3В5 В СИСТЕМАХ С ХИМИЧЕСКИМ ТРАНСПОРТОМ.......................................................................................................... 19

1.1. Механизмы роста кристаллов из газовой фазы.........................................20

3 ^

1.2. Процессы роста полупроводниковых соединений А В в системах газофазовой эпитаксии....................................................................................23

1.2.1. Пересыщение..............................................................................................25

1.2.2. Перенос вещества в системах ГФЭ...........................................................26

1.2.3. Адсорбционные слои..................................................................................27

1.3. Структура ростовой поверхности и исследования механизма роста эпитаксиальных слоев А3В5..........................................................................................31

1.3.1. Скорость тангенциального движения ступеней.......................................33

1.3.2. Структура ростовых поверхностей 36 1.3.2. Поверхностная диффузия и процессы на ступенях................................42

1.4. Влияние кристаллографической ориентации на скорость роста и структуру

3 5

ростовой поверхности эпитаксиальных слоев А В..................................................43

1.4.1. Методика эксперимента.............................................................................43

1.4.2. Анизотропия скорости роста.....................................................................45

3 5

1.4.3. Структура ростовых поверхностей эпитаксиальных слоев А В..........49

1.4.3.1. Эпитаксиальные слои ОаАз...................................................................49

1.4.3.2. Эпитаксиальные слои 1пАз....................................................................53

3 5

1.4.4. Механизм роста эпитаксиальных слоев А В......................................... 57

1.4.4.1. Интервал (111)В-(113)В......................................................................... 57

1.4.4.2.Интервал (111)А-(113)А.......................................................................... 63

1.4.4.3.Интервал (001)-(115)А.В..........................................................................69

1.4.4.4. Оценки характеристик диффузионных процессов на полярных {111} гранях А3В5.......................................................................................................................71

Заключение к главе 1 ........................................................................................ .72

ГЛАВА 2. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ НА КИНЕТИКУ И МЕХАНИЗМ РОСТА ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ А3В5.....................................76

2.1. Процессы роста на плотноупакованных гранях GaAs и InAs....................77

2.1 Л. .Влияние соотношения [А3]/[В5] в газовой фазе......................................77

2.1.1.1. Грань (111)А..............................................................................................79

2.1.1.2. Грань (111)В..............................................................................................81

2.1.1.3. Грань (001)................................................................................................81

2.1.2. Влияние входного пересыщения на рост сингулярных граней...............85

2.1.2.1. Грань (111)А............................................................................................. 86

2.1.2.2. Грань (111)В..............................................................................................97

2.1.2.3. Грань (001)................................................................................................ 100

2.2. Анизотропия скорости роста эпитаксиальных слоев арсенида галлия и состав газовой фазы.................................................................................................................... Л 06

2.2.1. Скорость роста..............................................................................................106

2.2.2. Строение ростовых поверхностей...............................................................110

2.2.3. Скорость тангенциального движения ступеней...........................................112

2.2.4. Обсуждение результатов..............................................................................115

2.3. Анизотропия скорости роста и структура ростовых поверхностей эпитаксиальных слоев InAs при различных входных давлениях AsCl3...................121

2.3.1. Скорость роста.............................................................................................121

2.3.2. Морфология ростовых поверхностей..........................................................123

2.3.3. Обсуждение результатов..............................................................................129

2.4. Влияние температуры кристаллизации на скорость роста и структуру

3 5

ростовых поверхностей эпитаксиальных слоев А В..................................................137

2.4.1. Анизотропия скорости роста и лимитирующие стадии при эпитаксии

арсенида индия......................................................................................................................................................................................Л 3 8

2.4.1.1. Анизотропия скорости роста.............................................................. 138

2.4.1.2.Зависимость скорости роста от температуры кристаллизации... . 138 2.4.1.3.Температура осаждения и рельеф ростовых поверхностей InAs... .142

2.4.2. Зависимость скорости тангенциального движения ступеней роста от температуры кристаллизации........................................................................................................................................................... 148

2.4.2.1. Эпитаксиалъные слои арсенида индия.....................................................148

2.4.2.2. Эпитаксиальные слои арсенида галлия....................................................151

Заключение к главе 2................................................................................................155

ГЛАВА 3. СТУПЕНИ РОСТА НА ПОВЕРХНОСТИ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ

СЛОЕВ ПОЛУПРОВОДНИКОВ.....................................................................................158

3.1. Эволюция ступенчато-слоевой структуры ростовой поверхности при вариации времени осаждения........................................................................................... 162

3.2. Влияние кристаллографической ориентации подложки на характеристики ступенчато-слоевой структуры ростовых поверхностей...............................................166

3.2.1. Взаимодействие ступеней роста на поверхности GaAs в А -интервале ориентаций.........................................................................................................................167

3.2.2. Ступени роста на поверхности эпитаксиальных слоев GaAs в С -интервале ориентаций.........................................................................................................................172

3.2.3. Влияние полярности торцов ступеней на рост эпитаксиальных слоев GaAs в окрестности полюса <001>............................................................................................179

3.2.4. Взаимодействие ступеней роста при эпитаксии германия........................183

3.3. Асимметричный захват атомов ступенью (эффект Швебеля)..................189

3.4. Влияние температуры кристаллизации на структуру ростовой поверхности эпитаксиальных слоев А3В5...............................................................................................193

3.4.1. Эпитаксиальный GaAs. Система GaAs/AsCl3/H2..........................................193

3.4.1.1. Температура кристаллизации и перестройки е эшелонах ступеней роста.....................................................................................................................................193

3.4.1.2. Перестройка в эшелонах ступеней роста и поверхностная диффузия 195

3.4.1.3. Зависимость скорости тангенциального движения ступеней от температуры кристаллизации.............................................................................. . 199

3.4.1.4. Время реакции на ступени (изломе)............................................................200

3.4.1.5. Диполъное взаимодействие как возможный механизм взаимодействия ступеней............................................................................................................................. 201

3.4.2. Зависимость структуры ростовой поверхности слоев арсенида галлия от температуры кристаллизации в системе СаАз/Ш/Нг..................................................................203

3.5. Влияние концентрации ростовых компонентов на характеристики эшелона ступеней............................................................................................................................................................................................................206

3.6.Исследования поверхностных процессов при эпитаксии кремния 209

Заключение к главе 3 .....................................................................................212

ГЛАВА 4. ЛАТЕРАЛЬНАЯ ЭПИТАКСИЯ АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ В

ХЛОРИДНОЙ ГАЗОТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЕ.................................................. 217

4.1. Методика эксперимента...................................................................................220

4.2. Кинетика кристаллизации ОаА8 при латеральной эпитаксии поверх диэлектрической маски....................................................................................................223

4.2.1. Анизотропия скорости латерального роста и влияние условий осаждения (эксперимент)...................................................................................................................223

4.2.2. Анизотропия скорости латерального роста и влияние кристаллографической ориентации подложки............................................................224

4.2.3. Анизотропия скорости латерального роста (моделирование)..............227

4.3. Огранка латерального фронта кристаллизации...........................................230

4.4. Латеральная эпитаксия арсенида галлия поверх металлической маски... .233

4.4.1. Анизотропия скорости роста.....................................................................233

4.4.2. Огранка латерального фронта кристаллизации и скорость роста...... 233

4.4.3. Скорость латерального роста и влияние материала маски...................237

4.5.Формирование приборных структур со встроенными управляющими электродами.......................................................................................................................238

Заключение к главе 4 .. ............................................... 246

ГЛАВА 5. МИКРОНЕОДНОРОДНОСТИ В ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЯХ А3В5....................................................................................................................................248

5.1. Формирование локальных микронеоднородностей при росте автоэпитаксиальных слоев А3В5......................................................................................249

5.1.1. Влияние условий наращивания на образование ЦТС................................250

5.1.1.1. Влияние кристаллографической ориентации подложки.......................250

5.1.1.2. Влияние обработки поверхности подложек........................................... 252

5.1.1.3. Влияние времени наращивания...................................................................256

5.1.1.4. Влияние температуры кристаллизации...................................................263

5.1.1.5. Влияние легирующей примеси.....................................................................263

5.1.2. Механизм формирования ростовых микронеоднородностей....................263

5.1.2.1. Визуализация примесных неоднородностей, связанных с ЦТС в

3 5

эпитаксиалъных слоях А В (на примере ОоАб).............................................. 266

5.1.2.2. Физико-химические характеристики поверхности подложек 271

5.1.2.3. Образование стопоров на поверхности А3В5.......................................... 280

5.1.2.4. Состав микрокапель - стопоров................................................................286

5.1.3. Центры торможения ступеней и электрофизические характеристики материалов и приборов........................................................................................ 292

5.2.Образование структурно - фазовых неоднородностей при гетероэпитаксии полупроводниковых соединений А3В5 в системах ГФЭ................................................296

5.2.1. Методика эксперимента..................................................................................298

5.2.2. Результаты эксперимента и их обсуждение 298 5.3. Формирование фазовых неоднородностей на границах раздела «металл-

полупроводник А3В5» 307 5.3.1 .Методика эксперимента 308 5.3.2.Микроморфология и фазовый состав контактов 308 Заключение к главе 5. 312 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 315 СПИСОК ЦИТИРУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ....................................................................322

ВВЕДЕНИЕ.

Эпитаксиальные технологии являются базовыми технологиями современной микро-, нано- и оптоэлектроники, обеспечивая выпуск разнообразных структур на основе элементарных полупроводников и полупроводниковых соединений для последующего использования в многочисленных приборных приложениях. За последние сорок лет были развиты и нашли широкое практическое применение газофазовая эпитаксия (ГФЭ) /135/, газофазовая эпитакеия из металорганичееких соединений (МО ГФЭ) /135/, жидкофазовая эпитаксия (ЖФЭ) /31/, молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) /138/. Развитие этих технологий базируется на результатах комплексных физико-химических исследований, ведущихся во многих научных центрах, как отечественных, так и зарубежных. Полученные данные (теоретические и экспериментальные) интенсивно обсуждаются в научной литературе и на регулярно проводящихся национальных и международных конференциях.

-"2 С >у г:

Успехи в области ГФЭ элементарных (81, Се) и сложных (А В , А В , твердые растворы на их основе) полупроводниковых материалов обусловили ее превалирующее развитие в 60 - 80 годы с широким использованием в качестве базовой в промышленности полупроводниковых материалов и структур. В исследовательском плане применительно к ГФЭ теоретически и экспериментально изучены термодинамика и газодинамика конкретных ростовых систем /75,76,151,161,167,208,256,257,321/, исследована макрокинетика процессов роста /54,85,301-306/, определены лимитирующие стадии и энергии активации процессов выделения вещества (основного и легирующего) в твердую фазу /54,85,187,302-305/. Получены доказательства того, что при газофазовой эпитаксии основным механизмом роста является ступенчато-слоевой /85/.

К моменту начала данной работы (1971 г.) было ясно, что для проведения

расчетов по кинетике роста и развития теории роста кристаллов в условиях

газофазовой эпитаксии необходимы данные по тонкой структуре фронта

кристаллизации эпитаксиальных пленок. Систематические исследования

3 5

микрорельефа ростовых поверхностей эпитаксиальных слоев А В в системах ГФЭ с применением высокоразрешающих методов практически отсутствовали. Были

известны пионерские работы Александрова Л.Н. с сотр. /1-6/, начатые в 1965-1966 гг. и посвященные исследованиям начальных стадий роста эпитаксиальных слоев GaAs и Ge. С применением методов электронной микроскопии ими были получены первые экспериментальные данные по процессам зародышеобразования и роста GaAs и Ge при ГФЭ. количественно описан механизм эпитаксиального роста через трехмерное зародышеобразование.

Недостаток информации о реальной структуре фронта кристаллизации

3 5

эпитаксиальных слоев А В в условиях ГФЭ стал серьезным препятствием в разработке физических основ газофазовой эпитаксии полупроводников сложного состава - научного направления, развиваемого в Сибирском физико-техническом институте при Томском госуниверситете под руководством Л.Г. Лаврентьевой. Ею в 1971 г. перед диссертантом, тогда младшим научным сотрудником, была поставлена задача - исследовать микрорельеф эпитаксиальных слоев GaAs и Ge с целью получения прямых доказательств существования ступенчатого рельефа на ростовых поверхностях пленок и, тем самым, подтвердить правомерность применения теории ступенчато-слоевого роста к анализу кинетики поверхностных процессов в условиях ГФЭ.

При решении поставленной задачи оказалось, что проведение in situ исследований ростовых поверхностей в системах ГФЭ наталкивается на значительные технические затруднения (агрессивная среда, высокие температура и давление в реакторе). Прямое наблюдение за поверхностью растущего кристалла с использованием высокоразрешающих оптических и электроиномикроскопических методов, как это выполнено, например в работах по низкотемпературной кристаллизации из растворов /25,122,174/, вакуумной /24,55,141,291/ и молекулярно-лучевой /17,117-120,150,241,279,297/ эпитаксии здесь оказывается невозможным. Наиболее весомым достижением в области in situ исследований поверхности в условиях ГФЭ являются работы /57,165,166/ по изучению огранки поверхностей роста-травления GaAs методом световых фигур.

Исходя из этого, основная информация о микрорельефе ростовых поверхностей в данной работе была получена при ex situ электрон ном икроскопи ческом изучении эпитаксиальных слоев. Тем не менее, разработанные нами методики получения,

сохранения и исследования ростового микрорельефа позволяют получить важную информацию о поверхностных процессах, необходимую при решении фундаментальных и прикладных проблем полупроводникового материаловедения. Сюда относятся экспериментальные данные о перестройках в эшелонах ступеней под влиянием условий наращивания (температура роста, концентрация ростовых компонентов, ориентация подложки), информация об источниках ступеней и связанной с этим переогранкой исходной поверхности, взаимодействие примесей с фронтом кристаллизации и образование микронеоднородностей в объеме слоя. Последнее представляет и несомненный практический интерес, поскольку известны работы /163,181/, в которых установлена важная роль примесей в модулировании ростовой поверхности и формировании структурных и примесных неоднородностей в объеме растущего кристалла. Несмотря на многочисленные исследования, проблема дефектообразования в эпитаксиальных слоях полупроводников остается актуальной /137/.

Анализ экспериментальных данных о строении ростовой поверхности в рамках теории ступенчато-слоевого роста кристаллов позволяет сделать важные заключения об особенностях поверхностных процессов при ГФЭ, провести количественные оценки характерных величин, входящих в уравнения теории ступенчато-слоевого роста кристаллов: скорости тангенциального движения ступеней; средние длины, коэффициенты и энергии активации поверхностной диффузии. Практическое значение этих результатов продемонстрировано, например, при разработке технологии производства совершенных полупроводниковых структур с морфологически однородными границами раздела.

Реализация такого подхода к исследованиям в работах других авторов, появившихся во время выполнения работ