Полупроводниковые гетероструктуры с туннельным эффектом и внутрицентровыми оптическими переходами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, доктор физико-математических наук Казаков, Игорь Петрович
Казаков, Игорь Петрович
доктор физико-математических наук
2011
- Специальность ВАК РФ01.04.07
- Количество страниц 277
Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Казаков, Игорь Петрович
Список принятых сокращений.
Введение.
Глава 1. Разработка комплекса аппаратуры молекулярно-пучковой эпитаксии и аналитических средств контроля технологического процесса выращивания туннельных гетероструктур на основе GaAs.
1.1. Введение.
1.2. Разработка комплекса аппаратуры для выращивания гетероструктур на основе GaAs методом молекулярно-пучковой эпитаксии.
1.2.1. Модернизация базовой установки молекулярно-пучковой эпитаксии типа ЦНА—25.
1.2.2. Оптимизация системы управления молекулярными потоками.
1.2.3. Разработка автоматической системы управления процессом молекулярно-пучковой эпитаксии на базе программного обеспечения и аппаратных средств фирмы ADVANTECH.
1.2.4. Аналитические средства in,situ исследования и контроля процесса выращивания гетероструктур.
1.3. Оптический мониторинг процесса эпитаксиального выращивания гетероструктур.
1.3.1. Метод спектроскопии анизотропного отражения применительно к технологии молекулярно-пучковой эпитаксии наноразмерных гетероструктур.
1.3.2. Оценка чувствительности спектрометра EpiRAS IR ТТ в составе комплекса аппаратуры для молекулярно-пучковой эпитаксии на примере монослойных плёнок металлов на поверхности Si.
1.4. Разработка ех situ-методов измерения свойств гетероструктур.
1 .4.1. Разработка метода измерения латеральной подвижности носителей заряда в отдельных квантовых ямах многоямных гетероструктур.
1.4.1.1. Теоретическая модель метода измерения латеральной подвижности/.
1.4.1.2. Экспериментальная установка и тестовые, измерения: латеральной подвижности в образцах квантовых ям на основе Оа Лб АпхОа,хАэ.
1.4.2. Развитие метода спектроскопии фотоотражения для;измерения параметров квантово-размерных гетероструктур:.
1.4.2.1. Регистрация квантово-размерных. эффектов в широких квантовых ямах на основе ОаА8/ОахА11хА8.
1.4.2.2.Измерение концентрации носителей и локализация зондируемой области по глубине гетероструктур
1.4.3. Разработка методики регистрации ОВЧ-сиектра Фурье-гармоник для измерения быстродействия туннельно-резонансных гетероструктур^.
1;5. Выводы
Глава 21 Разработка технологии выращивания гетероструктур полевых транзисторов, резонансно-туннельных диодов и эпитаксиальных контактов Шоттки для монолитной планарной интеграции.
2. К Введение. —:.
2.2. Характеризация достигнутого уровня технологии молекулярно-пучковой эпитаксии на различных гетероструктурах полевых транзисторов с затвором Шоттки.
2.3. Разработка технологии выращивания гетероструктур дискретных резонансно-туннельных диодов на основе СаАзАМАв.
2.3.1. Технологические особенности гетероструктур резонансно-туннельных диодов и оценка требуемой точности процесса их выращивания.
2.3.2. Разработка методики in situ контроля процесса роста гетероструктур резонансно-туннельных диодов методом анизотропного отражения.
2.3.2.1. Предэпитаксиальная подготовка поверхности подложки GaAs в ростовой камере.
2.3.2.2. Выращивание буферного слоя на подложках GaAs.
2.3.2.3. Разработка методики контроля формирования активной области двухбарьерного резонансно-туннельного диода на основе GaAs/AlAs методом анизотропного отражения в режиме Х= const.
2.3.2.4. О возможности контроля параметров сформированной активной области резонансно-туннельного диода методом сравнительной спектроскопии анизотропного отражения в процессе выращивания.
2.3.2.5. Анализ временных зависимостей сигнала отражения, полученных в процессе выращивания активной области резонансно-туннельного диода
2.3.3. Статические и динамические характеристики резонанснотуннельных диодов.
2.4. Разработка технологии эпитаксиальных туннельных контактов^
Шоттки GaAs/Al, выращиваемых методом молекулярно-пучковой эпитаксии в процессе получения полупроводниковых гетероструктур.
2.4.1. Выращивание гетероструктуры GaAs(8-Si)/Al.
2.4.2. Процесс формирования структуры слоя А1 (по наблюдениям картин дифракции быстрых электронов и результатам атомно-силовой микроскопии).
2.4.3. Просвечивающая электронная микроскопия гетероструктур эпитаксиальных контактов Шоттки GaAs/Al.
2.4.4. Оценка качества эпитаксиального барьера Шоттки по туннельным характеристикам гетероструктуры GaAs(5-Si)/AL.
2.5. Выводы.
Глава 3. Разработка технологии функционально интегрированных элементов цифровых интегральных схем с планарной конфигурацией резонансно-туннельных диодов, полевых транзисторов с затвором Шоттки и диодов Шоттки.
3.1. Введение.
3.2. Выбор конфигурации базовой гетероструктуры для планарной функциональной интеграции резонансно-туннельных диодов, полевых транзисторов и диодов Шоттки.
3.3. Разработка технологии изготовления монолитно интегрированных резонансно-туннельных диодов, полевых транзисторов и диодов
Шоттки.1.
3.4. Простейшие элементы цифровых интегральныех схем с планарной функциональной интеграцией активных приборов.
ЗАЛ. Инверторы.^.
3.4.2. Компаратор.л-.
3.5. Выводы.
Глава 4. Разработка технологии выращивания сверхрешёток с широкими слабосвязанными квантовыми ямами на основе GaAs/AlxGa!xAs и перспективные их применения.
4.1. Введение.
4.2. Технологические особенности выращивания сверхрешёток GaAs/GaxAlixAs с широкими слабосвязанными квантовыми ямами.
4.3. Разработка методик экспресс-анализа образцов сверхрешёток
GaAs/GaxAlixAs с широкими слабосвязанными квантовыми ямами.
4.3.1. Диагностика нарушений периодичности и оценка степени туннельной связи в сверхрешётках GaAs/GaxAl,.xAs на основе метода спектроскопии фотоотражения.
4.3.2. Методика межоперационного контроля образцов сверхрешёток на основе GaAs/GaxAlixAs методом фотолюминесценции.
4.3.2.1. Экспериментальная техника.
4.3.2.2. Опорные спектры фотолюминесценции и вольт-амперные характеристики.
4.3.2.3. Исследование влияния процесса изготовления мезаструктур методом фотолитографии на люминесцентные свойства сверхрешёток.
4.3.2.4. Применение отжига для улучшения качества гетероструктур.
4.3.2.5. Молекулярно-пучковая эпитаксия гетероструктур.
4.3.2.6. Результаты применения разработанной фотолюминесцентной методики межоперационного контроля образцов сверхрешёток.
4.4. Резонансно-туннельные свойства сверхрешёток GaAs/AlxGaixAs с широкими слабосвязанными квантовыми ямами.
4.4.1. Образование доменной структуры- как результат слабой связи в сверхрешётках GaAs/AlxGaixAs.
4.4.2. Эффект мультистабильности и его использование для создания элементов многоуровневой логики.
4.4.3. Самоподдерживающиеся осцилляции тока и перестраиваемые напряжением генераторы.
4.5. Выводы.
Глава 5. Молекулярно-пучковая эпитаксия и исследование свойств полупроводниковых гетероструктур для создания источников излучения на внутрицентровых переходах ионов Yb3+ и Сг2+.
5.1. Введение.
5.2. Гетероструктуры GaAs/AlxGaixAs с примесью Yb3+.
5.2.1. Разработка технологии молекулярно-пучковой эпитаксии слоев СаАБ и АЮаАБ с примесью УЪ3+
5.2.2. Редкоземельное излучение слоев СеАб и АЮаАя, выращенных и легированных УЬ методом молекулярно-пучковой эпитаксии.
5.2.3. Излучательные и геттерирующие свойства примеси УЬ в квантово-размерных гетероструктурах ОаАБ/АЮаАБ, легированных ионной имплантацией.
5.2.4. Люминесценция центров, связанных с ионами УЬ в квантово-размерных гетероструктурах ОаАз/АЮаАя.
5.3. Разработка технологии молекулярно-пучковой эпитаксии слоев и гетероструктур на основе ZnSe с примесью Сг.
5.3.1. Технологические проблемы введения примеси Сг в эпитаксиальные слои на основе А2В6 и выбор лигатуры.
5.3.2. Получение эпитаксиальных слоев 2п8е:Сг методом молекулярно-п}Д1ковой эпитаксии.
5.3.3. Исследование спектрально-кинетических свойств эпитаксиальных слоев 2п8е:Сг2+и оценка их применимости для создания гетероструктур-ных перестраиваемых лазеров на диапазон X, = 2 - 3 мкм.
5.4. Выводы
Рекомендованный список диссертаций по специальности «Физика конденсированного состояния», 01.04.07 шифр ВАК
Азотсодержащие полупроводниковые твердые растворы AIIIBV-N - новый материал оптоэлектроники2011 год, доктор физико-математических наук Егоров, Антон Юрьевич
Исследование поперечного транспорта электронов в многобарьерных структурах с резонансным туннелированием носителей, полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии1999 год, кандидат физико-математических наук Евстигнеев, Сергей Владимирович
Люминесцентная спектроскопия электронных и примесных состояний в эпитаксиальных слоях и наногетероструктурах на основе полупроводников AIIIBV и их твердых растворов2013 год, доктор физико-математических наук Яременко, Наталья Георгиевна
Молекулярно-лучевая эпитаксия низкоразмерных систем на основе гетероструктурных и δ-легированных квантовых ям на подложках GaAs различной ориентации2003 год, доктор физико-математических наук Галиев, Галиб Бариевич
Исследование свойств светоизлучающих эпитаксиальных GaAs структур, содержащих ферромагнитные слои2007 год, кандидат физико-математических наук Дорохин, Михаил Владимирович
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Полупроводниковые гетероструктуры с туннельным эффектом и внутрицентровыми оптическими переходами»
Трудности дальнейшего совершенствования элементной базы твердотельной электроники стремительно возрастают. Доминирующий на протяжении всей истории развития интегральных схем (ИС) подход, в котором повышение быстродействия приборов и увеличение плотности их компоновки достигались уменьшением характерных размеров, «агрессивный скейлинг», как его ещё называют, исчерпывает себя. Уже в ближайшие годы характерные размеры многих электронных приборов (рис. 1) достигнут значений, сравнимых с длиной волны де Бройля для электронов (26 нм в ОаАБ при 300 °К [1]).
Рис. 1. Развитие работ FRAUNHOFER IAF по увеличению быстродействия транзисторов типа mHEMT на основе InAlAs/InGaAs путём уменьшения длины затвора. [2]. 2001 г.: частота 220 ГГц - длина затвора 100 нм, 2007 г.: частота 515 ГГц - длина затвора 35 нм.
На таких расстояниях классические физические представления не применимы и должны измениться принципы работы электронных приборов. Переход к новым проектным нормам будет замедляться и по технологическим причинам и по экономическим, т.к. он требует колоссальных вложений в промышленную технологию литографии в глубокой субмикронной и нанометровой областях. Кроме того, в проектировании многоэлементных монолитных устройств, таких как ИС, одной из ключевых становиться проблема отвода тепла, возрастающая с увеличением плотности компоновки элементов. Как отмечается в работе [3], замедление процесса дальнейшего уменьшения характерных размеров приборов неизбежно и закон Мура в ближайшее время будет нарушен.
Поиск иных путей развития элементной базы электроники заметно активизировался в последние два десятилетия. Одним из наиболее перспективных направлений развития альтернативной элементной базы является использование принципа функциональной интеграции ^ квантовых эффектов.
Функциональная интеграция, в- основе которой- лежит идея реализации сложных схемотехнических функций*физическими процессами, протекающими в рабочем объёме твёрдого* тела [4], даёт ключ к новым физическим подходам при проектировании устройств получения, обработки и передачи информации. В отличие от широко применяемой сегодня схемотехнической интеграции функционально простых дискретных элементов - транзисторов, диодов, резисторов-и др., функциональная интеграция позволяет упростить конфигурацию монолитных электронных устройств за счёт избавления от множества мелких структурных элементов, межсоединений и отказа от чрезмерного уменьшения проектных норм.
Одним из наиболее перспективных в функционально интегрированной электронике является направление, использующее эффект резонансного тунне-лирования, характеризующийся чрезвычайно малой инерционностью внутренних электронных процессов (время переходных процессов около 1 пс при комнатной температуре [5]), сравнимых с быстродействием сверхпроводящих устройств. Именно в этом направлении в мире достигнуты наивысшие в твердотельной электронике рекорды по быстродействию. Простейшим электронным прибором такого типа является резонансно-туннельный диод (РТД). РТД отличают четыре важных свойства:
1. Исключительно высокое быстродействие при умеренных проектных нормах.
2. Существенно нелинейная (ТЧ-образная) и симметричная относительно начала координат вольт-амперная характеристика (ВАХ).
3. Способность неограниченно долго находиться в одном из устойчивых состояний без внешней положительной обратной связи.
4. Существенно более высокая плотность тока в сравнении с обычными туннельными диодами.
К этому следует добавить, что РТД является единственным квантовым прибором, который на сегодня технологически готов к массовому использованию в электронике [6]. РТД является наиболее быстрым полупроводниковым переключателем больших сигналов и может быть использован в ультрашироком диапазоне электронных систем. Схемы на функционально интегрированных элементах РТД/транзистор могут быть спроектированы с меньшим количеством компонентов, меньшей потребляемой мощностью и более высоким быстродействием, чем схемы на транзисторах.
Принцип функциональной интеграции наглядно реализуется в ИС на основе РТД. Действительно, переключение из одного устойчивого состояния в другое - это функция триггера, т.е. один РТД - функционально эквивалентен электронной схеме на нескольких транзисторах. В действительности, это не совсем так, поскольку РТД необходимо поддерживать в определённой области ВАХ - «рабочей точке», обеспечить вход и выход, что требует использования дополнительных элементов. Тем не менее, в целом, схемы с использованием
РТД существенно проще по сравнению с чисто транзисторными, что хорошо видно, например, на рис. 2.
В настоящее время начаты активные разработки в области интеграции РТД и с другими приборами, например, с оптическими. Очень показательными являются разработки цифровых ИС на платформе MOBILE (monostable-bistable transition logic element), в которых планируют использовать не только интегрированные элементы РТД/ПТШ [8,9] (ПТШ — полевой транзистор с затвором Шоттки), но и пары РТД/фотодиод [10] для реализации высокоскоростного оптического интерфейса (до 100 Гбит/с).
Распределение электрического поля в волноводе может сильно меняться в зависимости от малого изменения смещения на РТД в области резонанса и, следовательно, сильно будут меняться оптические характеристики волновода. При определённых условиях возможно получить нестабильность поля в волноводе, которая приведёт к возникновению незатухающих колебаний, что можно использовать для модуляции оптического сигнала. На этом эффекте разрабатываются такие монолитно интегрированные устройства, как РТД/модулятор [11] а)
Ь)
Рис. 2. Схемы компараторов с рабочей частотой 25 ГГц на основе РТД/ПТШ (а) и ПТШ (б) [7]. и РТД/лазер [12]. При интегрировании РТД с лазером существенно упрощаются схемы генераторов стохастических колебаний, которые востребованы в системах защищенной оптической связи. С помощью волновода возможно и стабилизировать генерацию РТД, что было достигнуто нами в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн [АЗЗ].
Реализация квази-оптического подхода к построению многоэлементных высокочастотных электронных устройств на основе РТД, где расположение элементов осуществляется с учётом волновой природы излучения, также требует монолитной интеграции с различными приборами, например с диодами Шоттки [13]. Такая интеграция является.по сути функциональной, т.к. дискретность элементов в любом СВЧ-устройстве достаточно условное понятие в силу близости значений его характерных размеров и длины волны излучения.
Таким образом, новая элементная база электроники на основе функциональной интеграции РТД с другими приборами или устройствами стремительно развивается и это направление разработки цифровых и высокочастотных ИС несомненно актуально.
Несмотря на значительные успехи в технологии, выращивания полупроводниковых ГС, широкое внедрение РТД в электронику ограничивается недос-точно высокой воспроизводимостью их характеристик. Информация технологического характера в этой области имеет ограниченный доступ ввиду значительного коммерческого и военного потенциала новой элементной базы электроники. По этой причине исследования по функциональной интеграции РТД/ПТШ/ДШ (ДШ - диод Шоттки) требуют разработки всего комплекса технологических и метрологических методов и устройств, обеспечивающих выращивание ГС на основе ОаАэ высокого качества с непрерывным контролем поверхности роста, тестирование образцов ГС после выращивания.
В настоящей работе была поставлена и достигнута цель создания технологии диодных и многофункциональных монолитно-интегрированных элементов и схем на основе резонансно-туннельных GaAs/AlAs ГС. Главная трудность в этом направлении связана с необходимостью обеспечения электрических характеристик, обусловленных квантовыми явлениями туннелирования, которые, как известно, чрезвычайно чувствительны к толщине барьеров, качеству инv терфейсов и однородности электрических свойств в пределах интегральной структуры. Работа включала разработку технологии получения, и методов технологического контроля, исследование свойств функционально интегрированных элементов на основе GaAs/AlAs.типа РТД/ПТШ/ДШ с планарной конфигурацией для создания монолитных устройств цифровой; обработки сигналов, и сверхрешёток GaAs/AlGaAs с широкими слабосвязанными квантовыми ямами (КЯ) для создания »элементов многоуровневой5 логики и генераторов, электрических колебаний. Работа- включала также разработку технологии, связанной с созданием лазерных источников ближнего и среднего ИК:диапазона. Разрабатывалась технология молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ) и проводились исследования свойств эпитаксиальных слоёв и квантоворазмерных ГС на основе GaAs/AlGaAs с примесью Yb и на основе ZnSe с примесью Сг24 , обладающих характеристическим внутрицентровым излучением, которые могут быть основой источников излучения ближнего и среднего ИК-диапазона.
Разработаны аппаратура выращивания методом МПЭ и специальные методики контроля как в процессе выращивания (in situ), так после него (ex situ).
На этапе изготовления ИС при монолитной интеграции РТД и ПТШ решалась и другая проблема, касающаяся особенностей размещения и соединения интегрированных элементов. Высота рельефа поверхности пластины при обычно используемой вертикальной интеграции РТД на стоке ПТШ настолько велика, что требуются специальные сложные операции планаризации перед нанесением металлизации межсоединений. В диссертационной работе решалась задача осуществления монолитной интеграции РТД/ПТШ/ДШ таким образом, чтобы цифровые ИС можно было изготавливать по обычной арсенид-галлиевой технологии на стандартной фотолитографической линии. Кроме того, для получения высококачественных контактов Шоттки необходимо было отработать технологию выращивания эпитаксиальных слоев А1 на ваАэ в едином технологическом цикле МПЭ ГС цифровой ИС. Наряду с разрабатываемыми в диссертации методами контроля, к этой работе были привлечены и традиционные методы материаловедения: просвечивающая электронная микроскопия, оптическая микроскопия в сочетании с селективным химическим травлением, атомно-силовая микроскопия, рентгеновская дифрактометрия, что позволило, в конечном итоге, достигнуть поставленных в данной работе целей.
Указанный- технологическо-исследовательский комплекс методов был использован и для получения более сложных объектов, свойства-которых определяются резонансно-туннельным эффектом, таких как сверхрешётки. Сверхрешётка — многослойная ГС с туннельно-связанными КЯ, количество которых — число периодов п - обычно больше 10: Заметим, что п-периодную сверхрешётку можно рассматривать, и как продукт функциональной- интеграции п последовательно соединённых туннельно связанных РТД.
Один из типов сверхрешёток с широкими слабосвязанными КЯ, изучается в последнее время достаточно интенсивно в связи с возможностью получения генерации в терагерцовом (1-10 ТГц) - в длинах волн - дальнем инфракрасном (300 - 30 мкм) диапазоне электромагнитного спектра. Освоение терагецового диапазона, имеющего крайне важное практическое значение в биологии и медицине, системах вооружения и безопасности [14] и т.д., затруднено отсутствием эффективных твердотельных источников, излучения, что породило даже специальный термин - «террагерцовая щель» (рис. 3). Успехи последних лет в расширении спектра излучения квантово-размерных каскадных лазеров на диапазон 1 - 5 ТГц [15] бесспорно являются значительным достижением, но, к сожалению, не решают всех проблем.
1 '1 10 Frequency [THz]
1000
Рис. 3. Терагерцовая щель.
CW. continuous wave: TUNNETT. Tunnel Injccliou Transit Time; SI.I I), Super Luminescent Diode light source: RTD, Resonant Tunneling Diode; HG, harmonic generation; QC laser. Quantum Cascade laser: III-Vs, compounds from the periodic chart columus III and V (e.g. GaAs): IMPATT. Impact Ionization Avalanche Tiansit Time, and Gunn. electron drift velocity i>> decreasing as electric field in semiconductor is nicieasing above ceitain critical value. SOURCE Courtesy of Henbert Eisele. University of Leeds. Leeds. UK
Исследования слабосвязанных КЯ представляют интерес в связи с возможностью формирования инвертированных распределений в нижних подзонах размерного квантования. В результате различия скоростей процессов рассеяния и релаксации носителей заряда с участием и без участия оптических фононов в этих структурах можно ожидать возникновение генерации в терагерцовом диапазоне [16], что особенно актуально.
Технологически сверхрешётки с широкими слабосвязанными КЯ достаточно сложные объекты. Реализация процессов резонансного туннелирования в
ГС такого типа требует соблюдения не только высокой точности по толщине и составу выращиваемых слоев и их латеральной однородности в пределах каждого периода, но и высокой степени повторяемости свойств от периода к периоду. Эти обстоятельства, а так же и то, что в данном случае барьерные слои имели трёхкомпонентный состав, вносили дополнительные сложности в технологию по сравнению с выращиванием двухбарьерных РТД< на основе двойных соединений. В настоящейчработе. решалась задача разработки технологии выращивания ГС сверхрешёток с широкими слабосвязанными КЯ методом МПЭ. С этой целью была создана оптическая методика контроля на всех этапах изготовления образцов, включая выращивание и последующую обработку.
Часть работы посвящена легированным примесями f- и d-элементов полупроводниковым ГС, перспективным для создания источников света, в частности лазеров, на ближний и средний ИК-диапазон. Как было показано в рабо
У О тах лаборатории проф. A.A. Гиппиуса (ФИАН) [17] на переходах F5/2 - F7/2hoл 1 нов Yb могут быть созданы узколинейчатые температурно-независимые источники излучения в диапазоне 1 мкм. По сравнению с более важным в практическом отношении ионом Ег3+, у иона Yb3+ система уровней проще, что позволяет рассматривать его« как модельную редкоземельную примесь. Ряд технологических проблем, связанных с активацией, т.е. переводом иона в зарядовое состояние 3+, низкой растворимостью в полупроводниковых матрицах и высокой химической активностью Yb, препятствовали не только практической реализации источников излучения такого типа, но и решению научных задач, в частности, изучению вопросов влияния* матриц пониженной размерности на излуча-тельные свойства f- и d-элементов.
В последнее время для освоения террагерцового диапазона предпринимаются попытки создания сред с ультрабыстрой динамикой носителей на основе GaAs, легированного редкими землями. В работе [18] было достигнуто время релаксации фотовозбуждённых носителей в GaAs с примесями Ег и О, равное 0.37 пс и получено излучение в террагерцовом диапазоне. Соединения на основе редкоземельных элементов, обладающие полуметаллическими свойствами и хорошим согласованием с решёткой полупроводника; были успешно применены для получения высококачественных контактов Шоттки, например, на основе InAlGaAs/ErAs, которые показали обнадёживающие результаты в качестве ультрачувствительных детекторов террагерцового излучения [19].
Таким* образом, технология полупроводниковых ГС с применением редкоземельных элементов имеет актуальное значение в современной оптоэлетро-нике. В настоящей, работе решалась задача разработки технологии выращивания методом МПЭ и исследования1 свойств легированых примесью Yb слоёв и ГС на основе GaAs/AlGaAs.
Технология'выращивания полупроводниковых ГС, легированных Сг, разрабатывалась автором в Ипституте общей физики им. A.M. Прохорова РАН под руководством академика'Е.М. Дианова. Новая лазерная среда, представляющая собой широкозонную полупроводниковую матрицу соединений типа А2В6, легированную двухвалентными ионами переходных металлов (А2В6:ПМ2+); является наиболее перспективной для разработки твердотельных перестраиваемых лазеров среднего ИК-диапазона, работающих при комнатной температуре. Этот новый-класс лазеров, который интенсивно развивается начиная с 1996 г., является на сегодня безальтернативным и, по-видимому, в ближайшие годы приобретёт такое же важное практическое и научное значение, какое сегодня имеют Ti-сапфировые лазеры. К моменту начала работы по данной теме все лазеры на А2В6:ПМ были реализованы только на объёмных монокристаллах, т.к. технология выращивания высококачественных эпитаксиальных слоёв А2В6:ПМ2+ не была разработана. Основные технологические проблемы были связаны с сильной химической активностью Сг и высокой температурой его испарения.
Радикальное уменьшение размеров и энергопотребления лазеров
Л I
А2В6:ПМ возможно только путём перехода на ГС. В данной диссертационной работе ставилась задача разработки технологии выращивания методом МПЭ легированных примесью Сг слоёв и ГС на основе 2пБе и исследования их излу-чательных свойств.
Таким образом, поиск альтернативных путей развития быстродействующей твердотельной электроники, где принцип масштабирования, подразумевающий уменьшение характерных размеров приборов, не был бы доминирующим при решении задач повышения быстродействия и увеличения плотности компоновки ИС, несомненно является актуальным. Использование квантовых эффектов, принципа функциональной интеграции, новых решений в сфере материаловедения содержит значительный потенциал в этом направлении и является предметом исследования настоящей диссертации.
К моменту начала научной работы (1994 г.), результаты которой легли в основу представляемой диссертации, исследования в области создания ИС на базе функционально интегрированных элементов только зарождались. Были предложены и реализованы различные базовые функционально интегрированные элементы типа РТД/транзистор, где РТД располагался на транзисторе, т.е. в вертикалькой конфигурации. Планарная конфигурация размещения РТД и транзистора, взятая за основу в настоящей работе, не рассматривалась.
В начальной стадии находились исследования сверхрешёток СаАз/АЮаАБ с широкими слабосвязанными КЯ и были опубликованы первые сообщения о наблюдении в них доменной структуры при поперечном электронном транспорте. Качество ГС таких сверхрешёток было недостаточно высоким, что затрудняло экспериментальные исследования целого ряда физических явлений, обусловленных туннельной природой поперечного транспорта и имеющих важное практическое применение.
Были воспроизводимо синтезированы объёмные образцы ваАэ с примел I "54сью УЬ и объёмные образцы ZnSe с примесью Сг обладающие характеристическим внутрицентровым излучением. Технология выращивания эпитакси-альных слоёв и квантоворазмерных ГС, легированных примесями УЪ и Сг не была освоена.
Был проведён большой объём теоретических и экспериментальных исследований по спектроскопии анизотропного отражения (АО) полупроводников и разработаны приложения данного метода для контроля »процессов выращивания различных ГС, в основном с относительно толстыми слоями (более 5 нм). Для мониторинга процесса выращивания ГС РТД метод АО^не применялся.
К началу данной работы также отсутствовали сведения о кристаллической структуре эпитаксиальных контактов Шоттки ОаАз/А1 туннельного качества и не было чётких представлений о технологии их получения.
Не был разработан метод измерения латеральной подвижности в отдельных квантовых ямах многоямных гетероструктур. Возможности метода фотоотражения применительно к квантоворазмерным ГС были недостаточно изучены.
Цели и задачи работы.
В связи с вышеизложенным, основной целью настоящей диссертационной работы являлась разработка технологии получения и методов технологического контроля, исследование свойств функционально интегрированных элементов на основе ОаАэМЛАз типа РТД/ПТШ/Д Ш с планарной конфигурацией для создания монолитных устройств цифровой обработки сигналов, и сверхрешёток ОаАз/АЮаАэ с широкими слабосвязанными КЯ для создания элементов многоуровневой логики и генераторов электрических колебаний. Другая цель заключалась в разработке технологии выращивания и исследовании свойств эпитаксиальных слоёв и квантоворазмерных ГС на основе ваАз/АЮаАз с при
7 j "7 + месью Yb и на основе ZnSe с примесью Сг , обладающих характеристическим внутрицентровым излучением, для создания источников излучения ближнего и среднего ИК-диапазона.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задачи:
1. Создание автоматизированного аппаратного комплекса для выращивания ГС на основе GaAs методом МПЭ, оснащённого современными средствами исследования и контроля процесса роста.
2. Разработка методики неразрушающего in situ контроля методом анизотропного оптического отражения процесса выращивания полупроводниковых ГС на основе GaAs и металлов с разрешением 1 м.с.
3. Разработка конфигурации ГС для планарной интеграции РТД/ПТШ/ДШ и технологии их выращивания методом МПЭ.
4. Изготовление и исследование параметров ИС на основе функционально интегрированных элементов типа РТД/ПТШ/ДШ.
5. Разработки технологии выращивания и методик оптического контроля in situ и ex situ слабосвязанных сверхрешёток с широкими КЯ на основе GaAs/AlGaAs и исследование их свойств.
6. Разработка метода измерения латеральной подвижности носителей заряда в отдельных КЯ многоямных гетероструктур, выращенных как на изолирующей, так и на проводящей подложке.
7. Разработка технологии выращивания эпитаксиальной ГС GaAs(5-Si)/Al для туннельной спектроскопии двумерной электронной системы с туннельным контактом Шоттки и приповерхностным S-Si-легированным слоем, исследование её кристаллической структуры и туннельных свойств.
8. Разработка технологии МПЭ квантово-размерных ГС на основе ОаАв/АЮаАз с примесью УЪ, их активации ионной- имплантацией кислорода, исследование внутрицентровых переходов УЬ в полученных ГС.
9. Разработка технологии выращивания слоев 2п!3е, легированных примесью Сг, и исследование в них внутрицентровых переходов ионов Сг 2+.
Объекты и методы исследования.
Объектами исследования в диссертации являлись, ГС и макетные образцы ИС на основе СаАБ/АЛАБ, имеющие перспективное применение в области быстродействующей электроники, а также легированные УЬ гетероструктуры на основе ОаАз/АЮаАэ и легированные Сг ГС на- основе ОаАБ^пЗе, включая и квантово-размерные, для создания источников излучения ближнего и среднего ИК-диапазона.
Основная часть работы посвящена туннельным ГС следующих четырёх типов:
1. Дискретные РТД.
2. ИС на основе интегрированных РТД/ПТШ/ДШ.
3. Сверхрешётки с широкими-слабосвязанными КЯ.
4. ГС ОаАз(5-81)/А1.
Гетероструктуры на основе ОаАэ/АЮаАз, легированные примесью УЬ с активацией примесью О и слои 2п8е, легированные примесью Сг, исследовались на предмет получения характеристического внутрицентрового излучения. Отдельным объектом исследования можно считать процесс выращивания всех перечисленных ГС методом МПЭ.
Автором и его сотрудниками в результате многолетней работы по модернизации был создан современный комплекс аппаратуры МПЭ на базе отечественной установки ЦНА-25 с уникальными, для России возможностями исследования и мониторинга технологического процесса эпитаксиального выращивания, оснащённый in situ-спектрометром типа EpiRAS IR ТТ фирмы LayTec (Германия). Спектрометры такого типа имеются в распоряжении лишь у нескольких научных центров в мире, в России ранее не применялись. С помощью указанного спектрометра были проведены исследования in situ выращиваемых эпитаксиальных ГС методом анизотропного отражения (АО) в диапазоне 5001600 нм. В процессе выращивания ГС проводились исследования методом дифракции быстрых электронов (ДБЭ). Для этой цели на установке ЦНА-25 была установлена новейшая система регистрации и расшифровки картин ДБЭ.
Исследования ГС после выращивания проводились традиционными мате-риаловедческими методами: просвечивающей электронной микроскопией, оптической микроскопией в сочетании с селективным химическим травлением, атомно-силовой микроскопией, рентгеновской дифрактометрией. Использовались оптические методы: фотолюминесценция (ФЛ), фотоотражение (ФО).
Транспортные свойства исследовались методом Холла. Для измерения I
ВАХ РТД использовался анализатор параметров полупроводников 4155С SEMICONDUCTOR PARAMETR ANALYZERr фирмы AGILENT. Измерения проводились на мезаструктурах, изготовленных методом фотолитографии. В качестве материала омических контактов к слоям п типа проводимости использовалась композиция AuGe-Ni (88%-Au, 12%Ge, №-0,05мкм).
Научная новизна.
В диссертационной работе впервые получены следующие научные результаты:
1. Разработана и реализована технология монолитной планарной интеграции РТД/ПТШ/ДШ на основе GaAs/AlAs/Al, полностью совместимая с базовой технологией арсенид-галлиевых ИС.
2. Разработана технология выращивания и созданы уникальные квантово-размерные объекты - высококачественные сверхрешётки с широкими слабосвязанными КЯ на основе СаАз/АЮаАБ, проявляющие ряд неизвестных ранее эффектов при поперечном транспорте.
3. Предложен и реализован метод измерения-подвижности носителей заряда в ГС с квантовыми ямами, основанный на особенностях проникновения электрического поля вглубь образца. Получены аналитические выражения, позволяющие на основе экспериментальных данных определять латеральную подвижность носителей заряда в отдельных КЯ многоямных ГС, выращенных как на изолирующей, так и на проводящей подложке.
4. Экспериментально установлено, что интенсивность люминесценции примесных центров с локализованными состояниями электронов значительно возрастает в'матрице пониженной размерности.
5. Обнаружена специфическая люминесценция, связанная с ^ переходал I ми нагонах УЬ - в слоях ОаАэ, АЮаАБ и в квантово-размерных ГС на их основе, легированных УЬ в процессе выращивания методом МПЭ и активированных ионной имплантацией кислорода.
6. Зарегистрировано изменение формы спектральной полосы характеристического излучения ионов Сг 2+, вызванное созданием микрорезонатора типа Фабри-Перо в ГС на основе ОаАз/2п8е:Сг2+.
7. Разработанатехнология и установлены закономерности процесса легирования слоев и квантово-размерных ГС на основе СаАз/ваА^э методом МПЭ. Достигнута концентрация примеси УЬ 2-1018 см"3, что не менее чем на порядок превышает ранее известные значения. Обнаружено явление накопления УЬ на растущей поверхности слоев Оа(А1)Аз.
8. Разработана технология МПЭ слоев 2п8е, легированных примесью Сг2+, из низкотемпературного молекулярного источника, в котором в качестве лигатуры предложено использовать высоколетучее соединение дифенил бензол трикарбонил хрома, разлагающееся на поверхности подложки с выделением Сг.
9. Определены границы устойчивости квантово-размерных ГС на основе GaAs/AlGaAs к радиационным повреждениям, создаваемым ионной имплантацией Yb3+.
10. Установлено, что туннельный контакт Шоттки в ГС GaAs(5-Si)/Al возникает при осаждении слоя А1 только на стехиометрическую поверхность GaAs, имеющую в случае ориентации поверхности (001), реконструкцию (3x1). Показано, что невоздействующий метод АО позволяет более точно установить тип поверхностной реконструкции GaAs при отсутствии потока As, чем метод ДБЭ. Установлено, что эпитаксиальный слой А1 имеет блочную структуру, а ориентационное соотношение слоя и подложки имеет вид Al{110}/GaAs(001). Блочная структура слоя А1 не препятствует образованию высококачественного контакта Шоттки GaAs/Al, что подтверждено наблюдением эффектов плотности состояний на туннельных спектрах.
11. Разработаны оптические методики неразрушающего контроля гетерострук-тур на основе GaAs/AlGaAs и металлов, основанные на измерении анизотропного отражения, фотоотражения и фотолюминесценции, в частности, методика оптического мониторинга процесса выращивания (in situ) с использованием метода анизотропного отражения, позволяющая контролировать толщину слоев и резкость гетерограниц с разрешением 1 м.с.' в реальном. масштабе времени.
Практическая значимость работы.
1. Созданные технологии и комплекс диагностических методов позволяют осуществлять приборные разработки широкого класса наноструктур высокого быстродействия, основанных на квантовых эффектах резонансного тунне-лирования.
2. Разработанная технология монолитной планарной интеграции РТД/ПТШ/ДШ открывает относительно простой и малозатратный путь к созданию различных цифровых ИС и других быстродействующих электронных устройств путём функциональной интеграции РТД с различными приборами средствами обычной арсенид-галлиевой технологии. Созданные опытные образцы ИС — инверторов, компаратора - являются первыми отечественными микросхемами, функционирование которых основано на квантовых эффектах резонансного туннелирования и, соответственно, первыми отечественными наноэлек-тронными микросхемами.
3. Полученные высококачественные сверхрешётки с широкими слабосвязанными КЯ на основе ОаАз/АЮаАБ имеют перспективное приборное применение в- следующих областях: элементы многоуровневой логики, перестраиваемые приложенным напряжением-генераторы, источники излучения в терагер-цовом диапазоне электромагнитного спектра.
4. Новый метод измерения латеральной подвижности носителей заряда в отдельных КЯ полупроводниковых многоямных гетероструктур и комплекс оптических методик для контроля квантово-размерных, и в частности, резонансно-туннельных ГС на основе методов ФО и ФЛ представляет интерес для метрологического обеспечения технологии полупроводникового производства, например; для селективной'диагностики различных элементов приборных ГС.
5. Разработана технология выращивания эпитаксиальных слоёв и кванто-воразмерных ГС на основе ОаАз/АЮаАв с примесью УЪ и на основе гпБе с примесью Сг, обладающих характеристическим внутрицентровым излучением. Результаты исследований полученных ГС, в частности, показывающих, что интенсивность люминесценции примесных центров с локализованными состояниями электронов значительно возрастает в матрице пониженной размерности, создают научно-техническую основу для разработки полупроводниковых ГС-источников излучения ближнего и среднего ИК-диапазона на внутрицентровых переходах, включая миниатюрный перестраиваемый лазер на основе 2п8е:Сг2+ на диапазон 2-3 мкм, работающий при комнатной температуре.
6. Разработанная методика неразрушающего in situ контроля методом АО процесса выращивания с разрешением 1 м.с. может найти применение в технологии эпитаксиального выращивания полупроводниковых ГС с толщиной слоев менее 5 нм, в том числе, обладающих резонансно-туннельными свойствами.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Впервые осуществлена монолитная интеграция резонансно-туннельных диодов, полевых транзисторов и диодов Шоттки средствами базовой технологии арсенид-галлиевых ИС без применения специальных технологически сложных операций планаризации, что открывает широкие возможности для создания элементной базы нового поколения на основе квантовых эффектов: Изготовлены опытные образцы интегральных схем — инверторы и компараторы с быстродействием на уровне 0.1 не.
2. На основе методов оптического отражения и анизотропии оптического отражения разработана методика неразрушающего in situ контроля с разрешением 1 м.с. процесса выращивания гетероструктур резонансно-туннельных диодов на базе GaAs/AlAs. Получены резонансно-туннельные диоды с соотношением "пик-долина" 3.3, плотностью пикового тока 60 кАУсм и быстродействием не менее 60 пс при комнатной температуре, что соответствует лучшим мировым достижениям.
3. С применением разработанной оптической методики неразрушающего контроля на всех этапах изготовления созданы высококачественные сверхрешётки с широкими слабосвязанными квантовыми ямами на основе GaAs/AlGaAs, имеющие характерные вольт-амперные зависимости ступенчатого вида с мелкой периодической структурой на платообразных участках и обладающие эффектом переключения между мультистабильными токовыми состояниями, которые предложено использовать для создания элементов многоуровневой логики. Высокое качество полученных сверхрешёток подтверждается впервые зарегистрированным в таких структурах эффектом самоподдерживающихся осцилляций тока при поперечном транспорте с перестройкой частоты приложенным напряжением при последовательном резонансном туннелиро-вании в условиях электрической инжекции носителей заряда в нижние состояния размерного квантования:
4. Методом анизотропии оптического отражения установлено, что туннельный контакт в гетероструктуре ОаАз(5-81)/А1 возникает при осаждении слоя А1 только на стехиометрическую поверхность ОаАв (001) с реконструкцией (3x1): Установлено, что при отсутствии потока Аб, поступающего на поверхность баАБ, определение типа реконструкции поверхности методом ДБЭ затруднено из-за десорбции Аб под воздействием электронного пучка.
5. Разработана технология выращивания методом- молекулярно-пучковой эпитаксии легированных примесыо УЬ до концентрации 2-10 см" слоев и квантово-размерных гетероструктур на основе ваАв/ОаА1Ая, в которых после ионной имплантации кислорода (активатор) обнаружена специфическая люминесценция; связанная сГ-Г переходами на ионах УЪ3+.
6: Впервые установлено; что интенсивность люминесценции примесных центров г с локализованными состояниями электронов значительно возрастает в матрице, пониженной размерности: зарегистрировано увеличение более чем на порядок интенсивности характеристического излучения ионов УЬ в квантовой яме ОаА8/ОаА1А8 по сравнению с объемными образцами ОаАБ;
7. Впервые в качестве лигатуры предложено использовать соединение дифенил бензол трикарбонил хрома при эпитаксиальном выращивании слоев 2п8е, легированных примесью Сг, что позволило существенно (на 1000 °С) снизить температуру молекулярного источника Сг, чем практически исключить неконтролируемый радиационный/ разогрев подложки молекулярным источником Сг и химическое взаимодействие Сг с тиглем (ВИ) молекулярного источника. Получены эпитаксиальные слои ZnSe с концентрацией Сг 2+ на уровне 1018 о см" , не уступающие объёмным монокристаллам по интенсивности внутрицен-тровой фотолюминесценции ионов
Сг ' . На полученных образцах впервые зарегистрировано изменение формы спектральной полосы, характеристического
04излучения ионов Сг , вызванное созданием микрорезонатора типа Фабри-Перо в гетероструктуре.
8. Предложен и реализовашновый метод измерения латеральной подвижности носителей заряда в отдельных квантовых ямах полупроводниковых гете-роструктур с несколькими квантовыми ямами, в том числе на проводящей подложке.
Апробация результатов работы.
Основные результаты диссертационной работы были представлены в докладах на следующих совещаниях, конференциях и сипозиумах: Symp. "Na-nostructures Physics and'Technology" (St. Petersburg, 1995, 1996, 1998,1999, 2000, 2002, 2003, 2007 г.г); Национальная, конференция^ по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов РСНЭ'97 (г, Москва-Дубна, 1997); Всеросийской конференции, по физике полупроводников "Полупроводники 97,"(г. Москва,1997 г.); 9th Int. Conf. Defects in Semicond.(Aveiro, 1997 г.); Сов. «Нанофотоника» (Нижний Новгород, 1999 г.); 24th International conference on the physics of semiconductors (Jerusalem, 1998); конф. «Микро- и наноэлектроника 98» (Звенигород, 1998 г.); IV Всеросийская конференция по физике полупроводников " Полупроводники 99," (Новосибирск, 1999 г.); Российская конференции по физике полупроводников (Нижний Новгород, 2001 г.), Всесоюзная научно-технической конференции «Микро- и наноэлектроника 2001» (Звенигород, 2001 г.); 1-ая Российская конференция молодых учёных по физическому материаловедению (Калуга, 2001 г.); 2 Международная конференция молодых учёных и специалистов "Оптика
2001" (Санкт-Петербург, 2001 г.), 65. 26-th Intern. Conference on Physics of Semiconductors (Edinburgh, 2002); Совещ. "Нанофотоника-2002"(Нижний Новгород, 2002 г.); Int. Conf. on "Extended defects in wide gap materials - extended defects in semiconductors -2002" (Bologna, 2002); Int. Conf.on Lasers, Applications, and Technologies "LAT 2002" ( Moscow, 2002 г.), Восьмая российская конференция «Арсенид галлия и полупроводниковые соединения группы III-V», (Томск, 2002 г.); 12-th Euro-MBE Workshop (Bad Hofgastein, 2003 г.); International Conference "Micro- and nanoelectronics - 2003" (Zvenigorod, 2003, 2004 г.г.); Девятая всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых учёных (Красноярск, 2003 г.); II Всероссийская научно- техническая дистанционная, конференция ( Москва, 2003г.); VT Российская конференция по физике полупроводников «Полупроводники 2003» (Санкт-Петербург, 2003 г.); XX Российская конференция по электронной микроскопии (Черноголовка, 2004 г.); II Всероссийская научно-техническая дистанционная конференция "ЭЛЕКТРОНИКА" (Москва, 2003 г.); Совещание «Нанофотоника» (Нижний Новгород, 2004 г); Совещание «Кремний-2004» (Иркутск, 2004 г); 13th European Molecular Beam Epitaxy Workshop (Grindelwald, 2004 г.); VII Российская конференция по физике полупроводников (Москва, 2005 г.); Конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы современной физики», Демидовские чтения (Москва, 2006 г.); XXXV International School on the Physics of Semiconducting Compounds (Us-tron-Jaszowiec, 2006); XII Национальная-конференция по росту кристаллов (Москва, 2006 г.); Summer School «Physics of Intersubband Semiconductor Emitters» (Polazzone di Cortona, 2006); Четвёртая Российская конференция с международным участием по физике, материаловедению и физико-химическим основам технологии получения легированных кристаллов кремния и приборных структур на их основе (Москва, 2007 г.); 8 Российская конференция по физике полупроводников (Екатеринбург, 2007 г.); Intern. Conf. "Micro- and nanoelectronics
2007" (Moscow, 2007 г.); Девятая всероссийская молодёжная конференция по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и нано-электронике (Санкт-Петербург, 2007 г.); XII Международный симпозиум «На-нофизика и наноэлектроника» (Нижний Новгород, 2008 г.); 3 rd Int. Workshop on Modulation Spectroscopy of Semiconductores (Wroclaw, 2008 г.); XIII Национальная конференция по росту кристаллов НКРК-2008 (Москва, 2008 г.); 25ht International Conference on Defects in Semiconductors "ICDS-25"(St Petersburg, 2009); International Conference "Micro- and nanoelectronics - 2009" (Moscow, 2009). XIV международный симпозиум «Нанофизика и наноэлектроника» (Нижний Новгород, 2010 г.); XIV Национальная конференция по росту кристаллов (Москва, 2010 г.); 16th Inter. School on quantum electronics: Láser Physics and Applications (Proc. of SPIE 2011); XV международный симпозиум «Нанофизика и наноэлектроника» (г. Нижний Новгород, 2011 г).
Также результаты работы неоднократно докладывались на Учёном совете ФИАН и семинарах Отделения физики твёрдого тела ФИАН.
Публикации.
Основное содержание диссертации отражено в 58 публикациях, в том числе в 17 статьях в журналах, рекомендованных ВАК, и одном патенте. Список публикаций автора приведён в конце диссертации.
Личный вклад автора.
Автором был сделан выбор направления исследования, предложены постановки задач, разработаны технологии получения всех объектов, исследованных в диссертации. Автором создана технологическая база выращивания гете-роструктур методом МПЭ, включая аппаратное обеспечение и технологию выращивания. Автор принимал непосредственное участие в постановке экспериментов и проведении исследований на полученных объектах. Автор внёс определяющий вклад при обработке экспериментальных результатов и их представлении в печати.
С участием автора были разработаны:
1. Все используемые в диссертации оригинальные технологии выращивания ГС методом МПЭ.
2. Автоматизированный аппаратный комплекс для выращивания ГС на основе ОаАв методом МПЭ.
3. Конфигурации ГС для планарной интеграции РТД/ПТШ/ДШ.
4. Метод измерения латеральной подвижности носителей заряда в отдельных квантовых ямах многоямных ГС.
5. Различные приложения методов АО, ФО и ФЛ для контроля ГС.
6. Методика исследования быстродействия резонансно-туннельных ГС на основе регистрации СВЧ-спектра Фурье-гармоник.
Похожие диссертационные работы по специальности «Физика конденсированного состояния», 01.04.07 шифр ВАК
Эпитаксиально-интегрированные гетероструктуры InGaAs/AlGaAs/GaAs для мощных импульсных лазерных диодов, излучающих на длине волны 0.9 МКМ2009 год, кандидат технических наук Ладугин, Максим Анатольевич
Оптические переходы, туннельные и баллистические эффекты в полупроводниковых наноструктурах2002 год, кандидат наук Алешкин, Владимир Яковлевич
Нелинейные транспортные эффекты в селективно легированных гетероэпитаксиальных микроструктурах металл-полупроводник2009 год, доктор физико-математических наук Шашкин, Владимир Иванович
Металлоорганическая газофазная эпитаксия гетероструктур на основе соединений Al - In - Ga - As для приборов миллиметрового диапазона длин волн2006 год, кандидат физико-математических наук Данильцев, Вячеслав Михайлович
Влияние дизайна метаморфного буфера на электрофизические и структурные свойства эпитаксиальных метаморфных НЕМТ наногетероструктур In0.7Al0.3As/In0.7Ga0.3As/In0.7Al0.3As на подложках GaAs и InP2013 год, кандидат физико-математических наук Пушкарёв, Сергей Сергеевич
Заключение диссертации по теме «Физика конденсированного состояния», Казаков, Игорь Петрович
Основные выводы по диссертации:
1. Разработаны технология создания и комплекс диагностических методов наноструктур высокого быстродействия, основанных на квантовых эффектах резонансного туннелирования: дискретных и функционально интегрированных элементов типа «резонансно-туннельный диод/полевой транзистор с затвором Шоттки/диод Шоттки» на основе ОаАз/АЬА^/А! для монолитных устройств цифровой обработки сигналов и сверхрешёток на основе ваАз/АЮаАБ с широкими слабосвязанными квантовыми ямами для создания элементов многоуровневой логики, генераторов электрических колебаний и электромагнитного излучения.
2. Впервые разработана и реализована технология монолитной планарной интеграции резонансно-туннельных диодов, полевых транзисторов и диодов Шоттки, полностью совместимая с базовой-технологией арсенид-галлиевых интегральных схем. Получен базовый элемент цифровых интегральных схем — инвертор - с длительностью фронта переключения менее 0.1 не. Разработанная технология открывает широкие возможности для создания отечественной быстродействующей электронной компонентной базы нового поколения на основе квантовых эффектов,резонансного туннелирования, а созданные опытные образцы интегральных схем — инверторов, компаратора - являются первыми отечественными квантово-классическими интегральными схемами.
3. Получены высококачественные сверхрешётки с широкими слабосвязанными квантовыми ямами на основе ваАз/АЮаАз, имеющие характерные вольт-амперные зависимости ступенчатого вида с мелкой периодической структурой на платообразных участках, обладающие эффектом переключения между мультистабильными токовыми состояниями, который предложено использовать для создания элементов многоуровневой логики. Высокое качество полученных сверхрешёток подтверждается зарегистрированным в таких структурах эффектом самоподдерживающихся осцилляций тока при поперечном транспорте с перестройкой частоты приложенным электрическим полем при последовательном резонансном туннелировании- в условиях электрической инжекции носителей заряда в нижние состояния размерного квантования.
4. Развит метод емкостной спектроскопии для измерения параметров полупроводниковых наноструктур. Предложен и реализован метод измерения подвижности носителей заряда в гетероструктурах с квантовыми ямами, основанный на особенностях проникновения электрического поля, вглубь образца: Получены-аналитические выражения; позволяющие на основе экспериментальных данных определять латеральную подвижность носителей заряда в отдельных квантовых ямах многоямных гетероструктур выращенных на: как на изолирующей, такинапроводящейподложке.
5. Разработана-технология молекулярно-пучковой'эпитаксии базовых многофункциональных монолитно-интегрированных- элементов на основе полупроводниковых- резонансно-туннельных гетероструктур: двухбарьерного ре-зонансно-туннельнельного диода с составом слоёвСаАзА/МАБ и эпитаксиально-го туннельного контакта Шоттки ОаАз/А1. Получены двухбарьерные резонансно-туннельные диоды на основе ОаАз/А1А8, характеризующиеся соотношением ч пик-долина" равным 3.3, плотностью пикового тока - 60 кА/см и временем переключения - менее 60 пс при комнатной температуре, что соответствует лучшим мировым достижениям. Высокое качество полученных эпитаксиальных туннельных контактов Шоттки - ОаАБ/А1 подтверждено наблюдением сверхпроводящей щели А1- электрода и эффектов плотности состояний двумерной электронной системы в гетероструктуре ОаА5(8-81)/А1 с приповерхностным 8-Вьлегированным слоем и А1 контактом Шоттки площадью до 0.01 мм?.
6. Впервые экспериментально установлено, что интенсивность люминесценции примесных центров с локализованными состояниями электронов значительно возрастает в матрице пониженной размерности. Зарегистрировано увеличение более чем на порядок интенсивности характеристического излучения ионов УЬ в квантовой яме на основе ОаАз/АЮаАБ по сравнению с объемными образцами ваАз.
7. Впервые обнаружена специфическая люминесценция, связанная с ^ переходами на ионах УЬ в слоях ОаАв, АЮаАБ и в квантово-размерных структурах на их основе, легированных УЬ в процессе выращивания методом молекулярно-пучковой эпитаксии. Установлено, что внутрицентровая люмио I несценция ионов УЬ наблюдается только после дополнительной имплантации в образцы кислорода и последующего отжига.
8'. Впервые зарегистрировано изменение формы спектральной полосы характеристического излучения ионов Сг2+, вызванное созданием микрорезонатора в гетероструктуре, на образцах эпитаксиальных слоев ZnSe:Cr , полученных по разработанной технологии.
9. Впервые разработана технология и установлены закономерности процесса легирования слоев и квантово-размерных гетероструктур на основе ОаАзЛЗаАЬЛ^ примесью УЬ при выращиваний методом молекулярно-пучковой
1Я ^ эпитаксии. Достигнута концентрация примеси УЬ 2-10 см" , что не менее чем на порядок превышает ранее известные значения. Обнаружено явление накопления УЬ на растущей поверхности Оа(А1)Аз и предложено его использование для генерирования примесей (кислорода) в процессе выращивания гетероструктур методом молекулярно-пучковой эпитаксии, т.е. в качестве геттерирую-щей поверхностно-активной примеси.
10. Впервые разработана технология молекулярно-пучковой эпитаксии слоев 7п8е, легированных примесью Сг из низкотемпературного молекулярного источника, в котором в качестве лигатуры предложено использовать высоколетучее соединение дифенил бензол трикарбонил хрома, разлагающееся на поверхности подложки с выделением Сг. . В г результате был практически исключён неконтролируемый радиационный разогрев подложки молекулярным источником; Сг и химическое; взаимодействие Сг: с, тиглем молекулярного источника^ т.к. требуемая температура источника лигатуры на 1000 °С ниже, чем исг точника элементарного Сг.
11. Определены границы устойчивости квантово-размерных структур на основе ОаАБ/АЮаАБ к радиационным повреждениям, создаваемым ионной имплантацией: Показано, что вплоть до; концентраций имплантированных ионов УЬ3+ 1>1019-см"3 изменение излучательных характеристик квантово-размерных структур происходит за; счет, тушения люминесценции экситонов, локализованных в квантовых ямах;, а не за счет смещения м размытия гетерограниц,. если' температура последующего отжига не превышает 700 °С.
12. Установлено, что туннельный контакт Шоттки СаАБ/А1 в гетерост-руктуре; ОаАБ(5-81)/АГ возникает при осаждении слоя А1 только на сгехиомет-ричсскую поверхность,. ОаАэ, имеющую в случае ориентации поверхности (001), реконструкцию (3x1). При этом"эпитаксиальный слой! А1 >имеет структуру, состоящую из блоков {110} А1, расположенных так, что их направление ориентации <110> точно совпадает с одним из направлений <110> подложки, т.е. < 110>А1 //<110>СаАБ. Показано, что невоздействующий метод анизотропного отражения позволяет- более точно установить тип поверхностной: реконструкции ваАБ при отсутствии потока Аб, чем метод дифракции электронов, т.к. электронный пучок.стимулирует поверхностную десорбцию Аб.
13. Создан современный автоматизированный комплекс для выращивания методом молекулярно-пучковой эпитаксии полупроводниковых туннельных ге-тероструктур на базе СаАв с широкими аналитическими возможностями исследования и контроля процесса роста на основе методов анизотропного отражения и дифракции быстрых электронов.
14. Разработаны оптические методики неразрушающего контроля гетеро-структур на основе GaAs/AlGaAs и металлов, основанные на измерении анизотропного отражения, фотоотражения и фотолюминесценции, в частности, методика оптического мониторинга процесса выращивания (in situ) с использованием метода анизотропного отражения, позволяющая контролировать толщину слоев и резкость гетерограниц с разрешением 1 м.с. в реальном масштабе времени.
Благодарности
Представленная диссертационная работа написана в основном на материале исследований, выполненных совместно со многими сотрудниками Отделения физики твёрдого тела Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, которым автор выражает глубокую благодарность за сотрудничество, поддержку и внимание.
Ю.В. Копаев предложил написать эту работу, помог сформулировать её основные положения и многое сделал как в научном, так и в организационном плане для того, чтобы она была доведена до конца. Без постоянной поддержки Ю.В. Копаева мне вряд ли удалось бы продвинуться существенно дальше титульного листа.
В.Н. Мурзин — основной-научный консультант по диссертации - оказал неоценимую помощь в представлении результатов, особенно в разделах, по-свящённых сверхрешёткам, в формулировке основных выводов и написании текста, чем преподал мне урок велеколепного мастерства. Основная часть диссертации - результат многолетнего плодотворного сотрудничества, автора с A.A. Горбацевичем, обсуждение работы с которым во многом определило её содержание и формулировки выводов в> части создания электронных приборов. Решающий вклад в диссертацию внесли совместные работы, выполненные в сотрудничестве с A.A. Гиппиусом и его сотрудниками в области люминесценции примесных центров с локализованными состояниями электронов, отражённые в Главе 5. Часть этой главы написана по материалам, полученным автором в Научном центре волоконной оптики при ИОФАН им. A.M. Прохорова под руководством Е.М. Дианова, где автор прошёл хорошую научную школу. Автор глубоко признателен H.H. Сибельдину за обсуждение материалов диссертации и всестороннюю поддержку во время проведения исследований, во многом благодаря которой эта работа стала возможной. Трудно переоценить помощь Ю.А. Митягина, предоставившего часть экспериментального материала для написания Главы 4. Многочисленные консультации В.В. Капаева по всем теоретическим вопросам сильно облегчили трактовку полученных результатов и дали более глубокое видение решаемых в работе задач. Благодаря С.С. Шмелёву автор не только получил возможность довести результаты исследований до воплощения их в реальные интегральные схемы, но и овладел секретами ар-сенид-галлиевой технологии. Сотрудничество с К. Haberland из компании Lay-Tec, позволило освоить и применить в работе метод спектроскопии анизотропного отражения, что существенно расширило наши технологические и исследовательские возможности в молекулярной эпитаксии. А.П. Болтаеву, B.C. Виноградову, A.M. Цховребову автор благодарен за плодотворное сотрудничество но разработке методов^измерений. Замечания Ф.А. Пудонина по тексту диссертации позволили избежать имевшиеся неточности и сделать изложение материала более понятным. Ю.Г. Садофьеву - моему учителю по молекулярно-пучковой-эпитаксии - огромная благодарность за первые уроки и постоянные консультации, без которых это тонкое дело освоить было бы невозможно. Мне очень помогли щедрые советы наших классиков в области эпитаксии — О. П. Пчелякова, А.И. Торопова и C.B. Иванова, всегда выручавшие меня в трудных ситуациях. Искренняя благодарность моим регулярным соавторам: Л.П. Авакянцу, Ю.А. Алещенко, Т.М. Бурбаеву, П.Ю. Бокову, В.И. В.И. Вдо-вину, H.A. Волчкову, А.О. Забежайлову, А.Л. Карузскому, В.И. Козловскому,
В.М. Коннову], И.Н. Котельникову, [В.А. Курбатову|, В.П. Мартовицкому,
М.М. Рзаеву|, Я.К. Скасырскому, М.Л. Скорикову, В.Т. Трофимову, В.И. Цехо-шу, В.А. Цветкову, A.B. Червякову.
Особая благодарность сотрудникам Библиотеки по естественным наукам РАН за информационную и моральную поддержку.
Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Казаков, Игорь Петрович, 2011 год
1. А2. Бородина О.М., Дравин В.А.,. Казаков И.П, Коннов В.М., Ларикова Т.В., Лойко H.H., Цехош В.И., Черноок С.Г., Ионная имплантация квантово-размерных структур GaAs/AlGaAs // Краткие сообщения по физике ФИАН. — 1996. №9.- В.10. - С. 41-47.
2. A4. Алещенко Ю.А., Казаков И.П., Капаев B.B., Копаев Ю.В., Трансформация размерности экситонных состояний в квантовых ямах с несимметричными барьерами в электрическом поле.// Письма в ЖЭТФ. 1998. - Т.67. - В.З. -С. 207-211.
3. A6. Болтаев А.П., Виноградов B.C., Казаков И.П., Рзаев M.M., Сибельдин H.H., Цехош В.И., Измерение латеральной подвижности носителей заряда в структуре с квантовыми ямами // Микроэлектроника. 1998. - Т. 27. - № 6. - С. 423-430.
4. А9. Алещенко Ю.А., Казаков И.П., Капаев В.В., Копаев Ю.В., Корняков Н.В., Тюрин А.Е., Интерференционная ионизация: примеси электрическим полем в-системе квантовых ям 7/ Письма в ЖЭТФ. 1999. - Т.69. - В:3. - С. 194200: •
5. А12. Гиппиус А.А., Коннов В;М., Дравин В.А., Лойко Н.Н., Казаков И.Г1., Ушаков В.В. Оптическая активность Yb в GaAs и низкоразмерных структурах на основе GaAs/AlGaAs // Физика и техника полупроводников.- 1999. Т. 33. -В. 6. - С.677-679.
6. Al4. Aleshchenko Yu. A., Kazakov I.P., Kapaev V.V., Kornyakov N.V., Tyu-rin A.E., Interference ionization of impurity by electric field in coupled quantum wells // Semicond. Sei. Technol. 2000. - №15.- P. 579-584.
7. A15. Mityagin Yu.A., Murzin V.N., Kazakov I.P., Chuenkov V.A., Karuzskii A.L.,i
8. Perstoronin A.V., Pishchulin A.A., Shchurova L. Yu. Intersubband population inversion under resonance tunnelling in wide quantum well structures // Nanotechnology. -2000.-№11.-P. 211-214.
9. A16. Митягин Ю.А., Мурзин B.H., Пищулин A.A., Казаков И.П., Самоподдерживающиеся осцилляции тока при поперечном транспорте в сверхрешётках GaAs/AlGaAs с широкими квантовыми ямами // Краткие сообщения по физике ФИАН. 2000. - № 5. - С. 13-20.
10. Al8. Валейко М.В., Волчков H.A., Гришечкина С.П., Казаков И.П., Пыр-кова O.A., Трофимов В.Т., Управление временем релаксации глубоких состояний в наноструктурах GaAs/AlGaAs // Микросистемная техника. — 2001. № 4 -С. 28-30.
11. A23. Vdovin V.I., Kazakov I.P., Rzaev M.M., Burbaev T.M., Structural and optical features of InGaAs quantum dots on Si(001) substrates // J. Physics: Cond. Matter.-2002. -№14.-P. 13351-13355.
12. A24. Авакянц Л.П., Боков П.Ю, Казаков И.П., Червяков А.В., Размерное квантование в ГСх GaAs/AlxGaixAs по данным спектроскопии фотоотражения // Вестник Московского университета. 2002. - С.З. - № 4. - С. 48-50.
13. А25. Авакянц Л.П., Боков П.Ю., Казаков И.П., Червяков А.В., Особенности фотоотражения в тонких плёнках n-GaAs // Тез. докл. VIII российской конференции «Арсенид галлия и полупроводниковые соединения группы III-V», Томск.-2002.-С. 214-216.
14. А26. Казаков И.П. Молекулярно-лучевая эпитаксия слоев GaAs и AlxGai xAs с примесью Yb // Известия Академии наук. Сер. физ. - 2003. — Т. 67. - № 2. - С. 294-296.
15. А28. Gorbatsevich A., Kazakov I., Kirillov М, Nalbandov В., Shmelev S., Tsibizov A., Logic gates based on resonant-tunneling diodes // Proc.Intern. Conf. "Micro- and nanoelectronics 2003", Moscow - Zvenigorod. - 2003 - P. P2-95.
16. А35. Gallian A., Fedorov V.V., Kernal J., Allman J., Mirov S.B., Dianov E.M., Zabezhaylov A.O., Kazakov I.P:, Spectroscopic studies of molecular-beam epitaxial-ly grown Cr2+-doped.ZnSe thin films // Applied Physics Letters. 2005. -V. 86. -P.l.
17. А41. Казаков И.П., Глазырин Е.В., Мельник Н.Н., Ненахов О.А., Цехош В.И., Наблюдение возможного фазового перехода в островковых плёнках Be на кремниевой подложке // Тез. докл. XII Национальной конференции по росту кристаллов, Москва. — 2006. Р. 372.
18. А45. Казаков И.П., Козловский В.И., Мартовицкий В.П., Скасырский Я.К., Попов Ю.М., Кузнецов П.И., Якущева Г.Г., Забежайлов А.О., Дианов Е.М., Лазер с катодно-лучевой накачкой на основе наноструктуры
19. ZnSe/ZnMgSSe для синей области спектра // Квантовая электроника. — 2007. № 37.-С. 857-860.
20. А46. Kazakov I.P., Mirov S.B., Fedorov V.V., Gallian A., Kernal J., Allman1. Л |
21. J., Zabezhaylov A.O., Dianov E.M., MBE Growth and study of Cr :ZnSe Layers for Mid-IR Lasers // International Journal of Nanoscience. 2007. - V. 6. - № 5. - P.403-405.
22. A47. Kazakov I.P., Kozlovsky V.I., Martovitsky V.P., Skasyrsky Ya.K., Tiberi M.D., Zabezaylov A.O., Dianov E.M., MBE grown ZnSSe/ZnMgSSe MQW structure for blue VCSEL // International Journal of Nanoscience. — 2007. V. 6. - № 5. - P. 407-410.
23. A52. Avakyants L.P., Bokov P.Yu., Chervyakov A.V., Kazakov I.P., Potoref-lectance study for fomation of InGaAs wetting quantum well // Proc. 3 rd Int. Workshop on Modulation Spectroscopy of Semiconductores, Wroclaw. 2008. - P. 27-28.
24. A53. Kazakov I.P., Vdovin V.I., Glazyrin E.V. Characterization of epitaxial A1 layers by MBE // Proc. 25ht International Conference on Defects in Semiconductors "ICDS-25", St Petersburg. 2009, - P. 385.
25. A54. Казаков И.П., Цехош В.И., Игонин M.E., Фофанова JI.A., Шемякин С.Н., Автоматическая система управления установкой молекулярно-пучковой эпитаксии // Краткие сообщения по физике ФИАН. 2010. - В. 5. - С. 6.
26. А55. Казаков И.П., Глазырин Е.В., Савинов С.А., Цехош В.И.,. Шмелёв G.C., Оптическая*диагностика-поверхности наногетероструктур в процессе выращивания // Физика и техника полупроводников. — 2010. Т. 44. - В. 11. - С. 1489-1493.
27. А57. Казаков И.П., Вдовин В.И., Молекулярная эпитаксия А1 на GaAs (001) // Труды XV международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника», г. Нижний Новгород. 2011. - С. 422
28. Список цитируемой литературы
29. Шур М. Современные приборы на основе арсенида галлия. М.: Мир, 1991.-453 с.
30. Tessmann A., Kallfass I., Leuther A., Fraunhofer IAF targets terahertz circuits // Compound semiconductors. 2010. - Oct 26. - P. 12-13.
31. Alamo J., Is nanometer-scale III-V CMOS cool enugh to rejuvenate Moor's low // Compound Semicond. -2011. V. 17. - № 1. - P. 16-18.
32. Тагер A.C., Функциональная электроника // Электроника, энциклопедический словарь., М.: Советская энциклопедия. 1991. - С. 595.
33. Shimizu N., Nagatsuma Т., Waho Т., Shinagawa М., Yaita М'., Yamamoto М. In0 53Gao.47As/AlAs resonant tummeling diodes with switching time of 1.5 ps // Electronics Letters. 1995. - V. 31. - № 19. - P. 1695-1697.
34. European Commission 1ST programme Future and Emerging Technologies, Technology Roadmap for Nanoelectronics, Second Edition, November. 2000.
35. Seabaugh A., Brar В., Broekaert Т., Morris F., van der Wagt P., Frazier G., Resonant-tunneling mixed-signal circuit technology // Solid-State Electronics.1999.-№43.-P. 1355-1365.
36. Maezawa K., Matsuzaki H., Osaka J., Yamamoto M., Otsuji Т.,High-Speed and Low Power Operation of a ResonantTunneling Logic Gate MOBILE // IEEE Electron Device Lett. 1998. - V. 19. - P. 80-82.
37. Pacha C., Glosekotter P., Goser K. F., Threshold logic circuit design of parallel adders using resonant tunneling devices // IEEE Trans. Of VLSI systems.2000.-V. 8.-№5.-P. 558.
38. Sano K., Murata K., Akeyoshi Т., Shimizu N., Otsuji Т., Yamamoto M., Ishibashi Т., Sano E., An ultra-fast optoelectronic circuit using resonant tunnelingdiodes and a unitraveling-carrier photodiode // Electron. Lett. — 1998. V. 34. - P. 215-217.
39. Kurata H., Tsuchiya M., Sakaki H., A novel optical Instability device consisting of resonant tunneling diode and a quantum stark modulator: experimental demonstration // Surf. Sci. 1990. - V.228. - P. 468.
40. Argyris A., Chaos-based communications at high bit rates using commtrcial fibre optic links // Nature. 2005. - V. 438. - P. 343.
41. Reddy M., Martin S.C., Molnar A.C., Muller R.E., Smith R.P., Siegel P.H., Mondry M J., Monolithic Schottky-Collector Resonant tunnel diode oscillator array to 650 GHz // IEEE Electron device let. 1997. - V. 18. - № 5. - P. 218.
42. Assessment of millimeter-wave and terahertz technology for detection and identification of concealed explosives and weapons // National research council, ISBN: 0-309-66849-2. 2007. - P. 1-88.
43. Williams B.S., Teraherz quantum-cascade lasers // Nature Photonics. — 2007.-V. 1.-P. 517-523.
44. Мурзин B.H., Митягин Ю.А., Резонансное туннелирование, электрические и. оптические явления в длиннопериодных полупроводниковых, сверхрешетках, Успехи физических наук. — 1999. — Т. 6. № 1. — С. 148.
45. Shimada К., Terai У., Takemoto S., Hidaka К., Fujiwara У., Suzuki М., Tonouchi М., Terahertz radiation from Er,0-codoped GaAs surface grown by orga-nometallic vapor phase epitaxy // Appl. Phys. Lett.- 2008. V. 92. - P. 111115.
46. Kazemil H., Nagy G., Tran L., Grossman E., Brown E. R., Gossard A. C., Boreman G. D., Lail В., Young A. C., Zimmerman J. D., Ultra sensitive
47. ErAs/InAlGaAs direct detectors for millimeter wave and THz imaging applications // IEEE. 2007. - V. 43. - P. 1367-1370.
48. Cho A. Y., Arthur J.R., Molecular beam epitaxy // Prog. Sol. St. Chem. -1975.-Vol. 10.-P.157-190.
49. Fast J., Capasso F., Sivko C., Sirtory C., Cho A.Y., Quantum Cascade Laser// Science. 1994. - V. 264. - P. 553.
50. Седова И.В., Полупроводниковые наноструктуры CdSe/ZnSe, полученные методом' молекулярно-пучковой эпитаксии: самоформирование, свойства и применение в оптоэлектронике: Дисс. к.ф.-м.н. СПб., 2006. - 154 с.
51. Optical Characterization of epitaxial semiconductor layers, edited by G. Bauer and W. Richter. Heidelberg: Springer-Verlag. — 1996. — 344 с.
52. Берковиц B.JI., Иванцов Л.Ф., Киселёв В.А., Макаренко И.В., Поляризационные спектры на-чистой поверхности GaAs (110) // Письма в.ЖЭТФ. — 1985.-Т. 41.- № 11.-С. 453-455.
53. Rumberg J. // Diploma thesis, Technische Universität, Berlin. — 1996 —146 p.
54. Dotsenko S.A., Galkin N.G., Gouralnik A.S., Koval' L.A., Turchin T.V., Iron-silicon interface formation and properties by data of DRS, SMOKE and AFM measurements // Proceeding of SPIE. 2005. - V. 5851. - P. 441-446.
55. Алешкин В .Я., Демидов E.B., Звонков Б.Н., Мурель А.В., Романов Ю.А. Исследование квантовых ям C-V методом // Физика и техника полупроводников. 1991. -V. 25. - № 6. - С. 1047-1049.'
56. Павлов Л.П., Методы измерения параметров полупроводниковых материалов. М: Высшая шк., 1987. — 230 с.
57. Fischetti M.V., Laux S.E. Band structure, deformation potentials and carrier mobility in strained Si, Ge and SiGe alloys // J.Appl.Phys. -1996. V. 80. - P. 2234-2238.
58. Pavesi L., Guzzi M., Photoluminesence of AlxGaixAs alloys // J Appl. Phys. 1994. -V. 75. - № 10. - P. 4779-4783.
59. Варданян Б.Р., Чукичев M.B., Юнович А.Э., Люминесценция множественных квантовых ям GaAs/AlxGaixAs // Физика и техника полупроводников. V. 28. - № 2. - С. 259-262.
60. Aspnes D.E., Third derivative modulation spectroscopy with low-field elec-troreflectance // Surf. Science. 1973. - V. 37. - P. 418-421.
61. Weisbuch C., Winter В., Quantum Semiconductor Structures. Fundamental and Applications. Acad. Press., 1991. - 302 p.
62. Sydor M., Angelo J., Jerome J., Wilson J.J., Mitchel W.C., Yen M.Y., Po-toreflectance from GaAs and GaAlAs // Phys.Rev.B. 1989. - V. 40. - № 12. - P. 8473-8477.
63. Aspnes D.E., Shtune A.A., Dielectric functions and optical parameters of Si, Ge, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs and InSb frome 1.5 to 6.0 eV // Phys.Rev. B. -1983.- V. 27.-P. 985-989.
64. Yashita M., Takahashi T., Photoreflectance spectra from a surface and on surface of n-type GaAs epitaxial layers and their modulation frequency dependence // Appl. Surf.Sci. 1997. - V. 115. - P. 347-350.
65. Tsuchiya M., Sakaki H., Dependence of resonant tunneling current on A1 mole fractions in AlxGaixAs-GaAs- AlxGaixAs double barrier structures // Appl. Phys. Lett. 1987. - V. 50. - P. 1503-1507.
66. David Yuk Kei Ko, Inkson J.C., Matrix method for tunneling in hetero-structures: resonant tunneling in multilayer systems // Phys.Rev. B. — 1988. V. 38. -№14.-P. 9945-9951.
67. Shred F.W., Toombs G.A., Space-charge buildup and bistability in resonant-tunneling double-barrier structures // Appl. Phys. Lett. 1988. - V. 52. - № 15. -P. 1228-1230.
68. Weil T, Vinter B., Equivalance between resonant tunneling and sequential tunneling in double-barrier diodes // Appl. Phys. Lett. 1987. - V. 50. - P. 12811285.
69. Jensen K.L., Buot F.A., Numerical simulation of transient response and resonant-tunneling characteristics of douuble-barrier semiconductor structures as function of experimental parameters // J. Appl. Phys. 1989. - V. 65. - P. 5248-5251.
70. Smith R.P., Allen S.T., Reddy M., Martin S.C., Liu J., Muller R.E., Rodwell M.J.W., 0.1 |im schottky-collector AlAs/GaAs resonant tunneling diodes // IEEE Electron Device Lett. 1994. - V. 15. - P. 295- 298.
71. Котельников И.Н., Шульман А.Я., Варванин Н.А., Ганичев С.Д., Май-ерхофер Б., Преттл В., Фоторезистивный эффект в туннельных переходах дельта-легированный GaAs/металл // Письма в ЖЭТФ. 1995. - Т. 62. - В. 1. - С. 4853.
72. Шахнович П., Твердотельные СВЧ-приборы и технологии: состояние и перспективы. Электроника: наука, технология, бизнес. — 2005. - № 5. - С. 58.
73. Moise T.S., Као Y.-G., Katz A.J., Broekaert Т.Р.Е. Celii F.G., Experimental sensitivity analysis of pseudomorphic InGaAs/AlAs resonant-tunneling diodes // J. Appl. Phys. 1995. - V. 78. - № 10. - P. 6305-6317.
74. Tsu R., Esaki L. Tunneling in a finite superlattice // Appl. Phys. Lett. -1973. V. 22. - № 11. - P. 562-564.
75. Wolak E., Ozday E., Pare B.G., Diamond S.K., Dloom D.M., Harris J.S., Jr., The design of GaAs/AlAs resonant tunneling diodes with peak current densities over 2x10 5A cm"2// J. Appl. Phys. 1999. - V. 69: - № 5. - P. 3345-3349. ,
76. Guill'en-Cervantes A., Rivera-Alvarez Z., L'opez-L'opez M., L'opez-Luna E., Hern'andez-Calder'on I, Oxide surface desorption by annealing in ultra high vacuum I I Thin Solid Films. 2000: - V. 373: - P: 159-163.
77. Van Buuren Т., Weilmeier M:K, Athwal I., Colbow К. M., Mackenzie, J. A. Tiedjea Т., Wong P.G., Mitchell K.A.R., Oxide thickness effect and roughening in the desorption of the oxide from GaAs // Appl. Phys. Lett. -1991. V. 59. - № 4. - P. 464-469.
78. Lastras-Marti'nez L.F., Ronnow D., Santos P.V., Cardona M., Eberl K., Optical anisotropy of (OOl)-GaAs surface wells // Phys.Rev. B. 2001. - V. 64. - P. 245303-245307.
79. Lastras-Martines L.F., Santos P.V., Ronnow D., Cardona M., Specht P., Eberl K., Reflectance Difference Spectroscopy of GaAs asymmetric surfase quantum wells above the fundamental cap // Phys.stat. sol. (a). 1998. - V. 170. - P. 317- 321.
80. Aspnes D.E., Harbison J.P., Studna A.A., Florez L.T., Kelly M.K., Optical studies of molecular-beam epitaxy growth of GaAs and AlAs // J. Vac. Sci. Technol. B6. 1988. - № 4. - P. 1127-1130.
81. Xiaoling Ye, Chen Y., Bo Xu, Zeng Y.P., Wang Z.G., Investigation of GaAs/AlGaAs interfaces by reflectance difference spectroscopy // Journal of Applied Physics. 2004. - V. 27. - P. 297-300.
82. Missous M., Rhoderick E.H., K.E. Singer K.E., Truscott W.S., Comprehensive analysis of Al/AlGaAs Schottky barriers made by MBE: barrier heights and band edge discontinuities // J. Cryst. Growth. 1991. - V. 111. - P.l 116-1120.
83. Котельников И.Н., Кокин B.A., Федоров Ю.В., Гук А.В., Талбаев Д.Т., Межподзонные резонансные поляроны в туннельных переходах Al/delta-GaAs // Письма в ЖЭТФ. 2000. - Т. 71. - В. 9. - С. 564-569.
84. Duszac R., Palmstrom C.J., Florez L.T., Yang Y.-N., Weaver J.H., Dramatic work functoin variations of moltcular-beam epitaxially grown GaAs (100) surfaces // J.Vac.Sci.Technol. B. — 1992. — V. 10.-№4.-P. 1891-1894.
85. Bangert U., Tang В., Missous M:, Thermal behavior of aluminium films grown by molecular.beam,epitaxy on GaAs // J. Cryst. Growth. 1995. - V.1541 - P. 223-230.
86. Yokoyama N., Imamura K., Muto S., Hiyamizu S., Nishi H., A new functional resonant tunneling hot.electron transistor (RHET) // Jpn. J. Appl. Phys. 1985. - V. 24.-P. L853-855.
87. Chen К J., Akkeyoshi Т., Maezawa K., Monolitic integration resonant tunneling diodes and FET's for monostable-bistable transition logic elements (MOBILE's) // IEEE Electron Dev. Lett. 1995. - V. 16. - P. 70-75.
88. Seabaugh A.C., Beam E.A., Taddiken A.H., Randall J.N., Kao Y.-C., Co-integration of resonant-tunneling and double heterojunction bipolar transistors on InP // IEEE Electron Dev. Lett. 1993. - V. 14. - P. 472-476.
89. Seabaugh A.C., Kao Y.C., Yuan H.T., Nine-state resonant tunneling diode memory // IEEE Electron Dev. Lett. 1992. - V. 13. - P. 479-481.
90. Fonstad C.G., Quantum effects in heterostructures, II Outline, Compound Semiconductors. - 2003. - 304 p.
91. Robertson J., Ytterdal T., Peatman W.C.B., Tsai R.S., Brown E.R., ShurM. RTD/2-D MESFET logic element for compact, ultra-low-power electronics // IEEE Electron Device Lett. 1997. - V. 44. - № 7. - P. 1033-1039.
92. Seabaugh A., Brar. B., Broekaert T., Morris F., van der Wagt P., Frazier G. Resonant-tunneling mixed-signal circuit technology // Solid-State Electronics. — 1999. V. 43. P. 1355-1365.
93. Pacha C., Glosekotter P., Goser K., Prost W., Auer U., Tegude F.-J., Resonant tunneling device logic circuits // Microelectronics advanced research initiative, technical report, 1998. 1999. - 70 p.
94. European Commission 1ST programme Future and Emerging Technologies, Technology Roadmap for Nanoelectronics, Second Edition. 2000.
95. Chen C.L., Mathews R.H., Mahoney L.J., Maki P.A., Molvar K.M., Sage J.P., Fitch G.L., Sollner T.C.L.G., New Self-Aligned Planar Resonant-Tunneling Diodes for Monolithic Circuits // IEEE Electron Device Letters. 1997. - V. 18. - № 10.-P. 489-491.
96. Gauthier-Lafaye O., Boucaud P., Julien F.H., Sauvage S., Cabaret S., Lour-tioz J.M., Therry-Mieg V., Planel R., Long-wavelength 15.5 jim) unipolar semiconductor laser in GaAs quantum wells // Appl.Phys. Lett. 1997. - V. 71. - P. 3619-3622.
97. Aleshchenko Yu.A., Kapaev V.V., Kopaev Yu.V., Kornyakov N.V., Unipolar semiconductor lasers on asymmetric quantum wells // Nanotechnology. 2000. -V. 11 - P. 206-210.
98. Казаринов Р.Ф., Сурис Р.А. // Физика и техника полупроводников. — 1971.-В. 5.-Р. 797-800.
99. Helm М., England P., Colas Е., De Rosa F., Allen S.I., Intersubband emission from semiconductor superlatties excited by sequential resonant tunneling // Phys. Rev. Lett.- 1989.-V. 63.-P. 74.
100. Rasulova G.K., Efimov Yu.A., Murzin V.N., Current bistability and switching in weakly coupled superlattices GaAs/AlGaAs // J. Appl. Phys. — 1997. -V. 82.-№7.-P. 3381-3384.
101. Kastrup J., Klann R., Grahn H.T., Ploog K., Bonilla L.L., Galan J., Kindelan M., Moscoso M., Merlin R., Self-oscillations of domain in doped GaAs-AlAs superlattices // Phys. Rev.B. 1995. - V. 52. - P. 13761-13766.
102. Grahn H.T., Haug R.J., Muller W., Ploog K., Electric-Field1 domains, in semiconductor superlattices: a novel system for tunneling between 2D systems // Phys.Rev.Lett.-1991.-V. 67.-№ 12.-P. 1618-1623.
103. Weisbuch, В. Vinter, Quantum Semiconductor Structures, Boston: Academic Press. 1991. -302 p.
104. Miller R. C., Gossard A. C., Tseng W.T., Munteanu O., Extrinsic photoluminescence from GaAs quantum wells // Phys. Rev. B. 1982. — V. 25. - P. 38713874.
105. Yuan Y. R., Pudensi M. A. A., Vawter G. A., Merz J. L., New photoluminescence effects of carrier confinement at an AlGaAs/GaAs heterogetion interface // J. Appl. Phys. 1985. - V. 58. - P. 397- 401.
106. Harris С. I., Monemar В., Kalt H., Kohler K., Doping density dependence of photoluminiscence in highly Si-dohed GaAs/AlxGaixAs quantum wells from below to above the metallic limit // Phys. Rev B. 1993. - V.'48. - P. 4687-4690.
107. Мурзин. B.H., Митягин'Ю.А., Резонансное туннелирование, электрические и оптические явления в диннопериодных полупроводниковых сверхрешётках // Успехи физ. наук. 1999. - В. 169. - Р. 464-467.
108. Ефимов Ю.А., Митягин Ю.А., Мурзин В.Н., Пищулин А.А., Исследование эффекта переключения между мультистабильными токовыми состояниями в длиннопериодных сверхрешётках // Краткие сообщения по физике ФИАН. -2001.-№7.-С. 24.
109. Mityagin Yu. A., Murzin V.N., Rasulova G.K., Efimov Yu.A., Sequential exited-to-exited states resonant tunneling and electric field domains in long period superlattices // Appl. Phys.Lett. 1997. - V. 70. - № 22. - P. 3008-3011.
110. Мастеров В.Ф., Захаренков Л.Ф., Редкоземельные элементы в полупроводниках AIIIBV // Физика и техника полупроводников. 1990. - Т. 24. - В. 4. - С. 610-630.
111. Kadow C., Fleischer S.B., Ibbetson J.P., Bowers J.E., Gossard A.C., Dong J.W., Palmstrom C.J., Self-assembled ErAs islands in GaAs: growth and subpicose-cond carrier dynamics // Appl. Phys. Lett. 1999. - V. 75. - № 22. - P. 3548-3551.
112. Shimada K., Terai Y., Takemoto S., Hidaka K., Fujiwara Y., Suzuki M., M. Tonouchi, Terahertz radiation from Er,0-codoped GaAs surface grown by organome-tallic vapor phase epitaxy // Appl. Phys. Lett. 2008. - V. 92. - P. 111115-111118.
113. Kazemil H., Nagy G., Tran L, Grossman E, Brown E. R., Gossard A. C., Boreman G. D., Lail B, Young A. C., Zimmerman J. D. // Ultra sensitive ErAs/InAlGaAs direct detectors for millimeter wave and THz imaging applications, IEEE.-2007.-P. 1367-1371.
114. Коннов B.M., Лойко H.H., Дравин B.A., Влияние О, F и Li на люминесценцию GaAs, имплантированного Yb // Краткие сообщения по физике ФИ-АН.- 1994.-В 3-4.-С. 23.
115. Дравин В.А., Коннов В.М., Ларикова Т.В., Лойко Н.Н., Люминесценция центров, полученных при имплантации Yb и О в кристаллы GaAs // Краткие сообщения по физике ФИАН. 1995. - № 5-6. - С. 18-22.
116. Коннов В.М., Ларикова Т.В., Лойко Н.Н., Ушаков В.В. Влияние О, S, Se, и Те на люминесценцию GaAs, имплантированного Yb // Краткие сообщения по физике ФИАН. 1995. - № 5-6. - С. 50-53.
117. Коннов В.М., Лойко Н.Н., Ларикова Т.В., Серо- и селеносодержащие люминесцентные центры на основе ионов Yb в кристаллах GaAs // Краткие сообщения по физике ФИАН. — 1996. № 3-4. - С. 67.
118. Kozanecki A., Groetzschel, R., On the location of ytterbium in GaP and GaAs lattices // J. Appl. Phys. 1988. - V. 64. - P. 3315-3318.
119. Ennen H., Kaufmann U., Pomrenke G., Schneider J., Windscheif J., Ax-mann F., Rare earth luminesencein InP, GaP and GaAs // J. Cryst. Growth. 1983. -V. 64.-P. 165-169.
120. Konnov.V. M., Larikova T.V., Loyko N.N., Dravin V.A., Ushakov V.V., Gippius A.A., Yb luminescence in ion-implanted GaAs // Sol: St. Commun. — 1995. — V. 96.-P. 839-843.
121. Benyattou Т., Seghier D:, Bremond G., Moneger S., Kalboussi A., G. Marrakchi G.,Guillot G., Lhomer C., Lambert В., Toudic Y., Le Corre A., Electrical and optical properties of Yb, Er doped GaAs // Mat.Res.Soc.Symp.Proc. — 1993. V. l.-P. 163-168.
122. DeLoach L.D., Page R.H., Wilke G.D., Payne S.A.,.Krupke W.F., Transition metal-doped zinc chalcogenides: spectroscopy and laser demonstration of a new class of gain media // IEEE J. Quantum Electron. 1996. - V. 32. - P. 885-895.
123. Sorokina I.T., Vodopyanov K.L., Solid-State Mid-Infrared Laser Sources // Topics in Applied Physics, Springer. 2005. — V. 89.
124. Mirov S.B., Fedorov V.V., Moskalev I.S., Martyshkin D.V., Recent progress in transition-metal doped II-VI mid-IR lasers // IEEE J. Select. Topics Quant. Elect. 2007. - V. 13. - № 3. - P.810-822.
125. Koranda P., Jelinkova H., Sulc J., Nemec M., Doroshenko M.E., Basiev T.T., Komar V.K., Kosmyna M.B., ZnSe:Cr2+ coherently pumped laser // Opt. Mater. 2007. - V. 30. - P. 149-151.
126. Carrig T.J., Wagner G.J., Sennaroglu A., Jeong J.Y., Pollock C.R., Mode-locked Cr2+:ZnSe laser // Opt. Lett. 2000. - V. 25. - P.168-170.
127. Sorokina I., Sorokin E., Chirped-mirror dispertion controlled femptose-cond Cr:ZnSe laser // Advanced Solid State Photon, Tech. Dig., paper WA7. 2007. -27 c.21
128. Grebe G., Schulz H. J., Luminescence of Cr Centers and related optical transitions involving crystal field levels of chromium in zinc sulfide // Z. Naturforsch. A. 1974. - V. A29A. - P.l805-1819.
129. Zakrzewski A., Godlewski M., Isolated iron and5chromium as recombination centers in ZnS // J. Appl. Phys. 1990. - V. 67. - P. 2457-2460.
130. Godlewski M., Zakrzewski A. J., Ivanov V. Yu., Auger-type excitation and de-excitation processes in rare earth and transition metal doped semiconductors // J. Alloys Compd. 2000. - V. 300-301. - P. 23-29.
131. Surma M., Godlewski M. // Radiat. Eff. Defects Solids. 1995. - V. 135. -P. 213-218.
132. Godlewski M., Kaminska M., The chromium impurity photogeneration transitions in ZnS, ZnSe and ZnTe // J. Phys. C. 1980. - V. 13. - P. 6537-6539.
133. Kleinm P.B., Furneaux J.E., Henry R.L., Laser oscillation at 3.53 fim from Fe2+ in n-InP:Fe // Appl. Phys. Lett. 1983. - V. 42. - P.638-640.
134. Kuck S., Spectroscopy and laser characteristics of Cr -doped chalcogenide crystals overview and recent results // J. of Alloys and Compounds. - 2002. - V. 341.-P. 28-33.
135. H.J. Richter, R.S. Smith, N. Herres, M. Seelmann-Eggebert, P. Wennek-ers. Alalysis of ytterbium arsenide films grown on GaAs by molecular beam epitay. Appl. Phys. Lett. 53(2) 1988, 99.
136. Charasse M.N., Galtier P., Huber A.M., Grattepain C., Ghazelas J., Hirtz J.P., Intense and sharply structured 1.54 jj.m room-temperature luminescence of Er-doped GaAs/AlGaAs structures grown by MBE // Electron. Lett. 1988. - V. 24. - P. 1458-1460.
137. AchtnichT., Burii G., Py M.A., Iiegems M., Optical and electrical properties of rare earth (Yb, Er) doped GaAs grown by molecular beam epitaxy // Appl .Phys.Lett. 1987. - V. 50. - P. 1730-1733.
138. Gippius A.A., Ushakov V.V., Yakimkin V.N., Vavilov V.S., Yb luminescence in ion-implanted GaAs // Proc. 6th International conference on ion beam modification of materials, Tokyo. 1988. - P. EP-47.
139. Bhargava R.N., "Quantum-confined atoms": novel.luminescent centers for future II-VI devices // J. Cryst. Growth. 2000. - V. 214-215. - P. 926-928.
140. Sadofyev Y.G., Pevtsov V.F., Dianov Е.М., Molecular beam epitaxy growth and characterization of ZnTe:Cr layers on GaAs (100) // J. of Vacuum Science & Technology B. 2001. - V. 19. - P. 1483-1487.
141. Vanmil B.L., Ptak A.J., Bai L., Wang L., Chirila M., Giles N.C., Myers T.H., Wang L., Heavy Cr doping of ZnSe by molecular beam epitaxy // J. Electron. Mater. -2002. V. 31. - P. 770-775.127. ¡Зверев Ю.Б.|, частное сообщение.
142. Генеральный директор Научно-"Салют-Ми^'Ш-.^.-у 4¿щ1канд. техн.'^аук Щ;/;-/ А.И.--чч. .1' РЪ'У
143. Длина канала транзистора, мкм 0,27
144. Ширина канала транзистора, мкм 200
145. Ток насыщения, мА 15 25 40
146. Удельный ток насыщения, мА/мм 125
147. Рабочее напряжение, В 2,5 3,5
148. Напряжение отсечки, В -0,1 -0,3 -0,4
149. Ток утечки затвора, при напряжении на затворе равном 3 В, мкА 5
150. Крутизна характеристики, мСм/мм 400 500 5201. Коэффициент усиления, с!В 12,5 ГГц 11 12,5 13,51. Коэффициент шума, с!В 12,5 ГГц 0,9 1,0 1,1
151. Процент брака за счет дефектов структуры менее 5 %
152. Зам. директора НПП «Салют-Микро» канд. техн. наук1. Начальник лаборатории № 41. Фефелов А.Г.1. УТВЕРЖДАЮ"
153. Генеральный директор Научно-произвол ств^^ я ти я1. Салют-Мийр^канд. технЬ^аук ^й^-//' ' '.^¿^Цижов А.И.
154. Длина канала транзистора, мкм 0,27
155. Ширина канала транзистора, мкм 50
156. Ток насыщения, мА 10 15 20
157. Удельный ток насыщения, мА/мм 300
158. Рабочее напряжение, В 2,5 3,5
159. Напряжение отсечки, В -0,1 -о,з -0,4
160. Ток утечки затвора, мкА 3
161. Крутизна характеристики, мСм/мм 400 500 5201. Коэффициент усиления, с!В 37,5 ГГц 7 8 8,51. Коэффициент шума, ёВ 37,5 ГГц 2,5 2,9 3,2
162. Процент брака за счет дефектов структуры менее 5 %
163. Зам. директора НПП «Салют-Микро» канд. техн. мат. наук1. Начальник лаборатории № 41. Китаев М.А. о'1. Фефелов А.Г.1. УТВЕРЖДАЮ"
164. Генеральный директор Научнои
165. Акт об ИСПО«' * и^ и и1Д11Д1ов А.И.результатов научно-техническнх разработок в опытно-промышленном производстве от 23 апреля 2001 г.
166. Jmlrif- 1ёЦЧ-*Яв)30^д«00 *d-ô'» Fa*: +49 0)30-391001lia i^afclWtie* VninSiwfi
167. Our thoughts are with the people in Japansuscpptor sulfite
168. W»M « Jot «ill « Am rr ! rrrucs W. M. ». А Г.чт. ppЛ1. Jffi y--*1. Л r/r, 10 3
169. First in situ measurements of GaN nude ation on Sipphire performed by S Naka mura in 19911. Growth Time (mln)
170. RAS transient resolving the RTDs active region (2 0/4 5/2 2nm of AlAs/GaAs/AIAs)
171. I P Kazakov et ai In Situ Optical Diagnostics of Growing Surfaces in the Process of Njnoheterostructurc Fabrication ISSN 1063 7826, Semiconductors, 2010, Vol 44, No 11, pp 1441-14451.yTec welcomes Daniela Sill
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.