Моделирование концентрационных профилей компонентов в низкоразмерных гетероструктурах InGaAs/(Al)GaAs, формируемых методом МОС-гидридной эпитаксии

• Автор: Андреев, Андрей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 124 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Гетероструюуры на основе соединений v

1.1.1. Понятие о гетероструктурах. Модель гетероперехода.

1.1.2. Оптические свойства гетеропереходов.

1.1.3. Низкоразмерные гетероструктуры.

1.1.4. Эффект размерного квантования.

1.1.5. Приборы, основанные на использовании квантоворазмерных эффектов.

1.2. Получение гегероструктур методом МОСгидридной эпитаксии.

1.2.1. Метод МОСгидридной эпитаксии.

1.2.2. Оборудование МОСгидридной эпитаксии.
1.2.3. Исходные компоненты для МОСгидридной эпитаксии.
1.2.4. Технологические параметры МОСгидридной эпитаксии.
1.2.5. Основные проблемы технологии МОСгидридной эпитаксии.
1.3. Факторы, влияющие на распределение основных и легирующих компонентов в гетероегрукгурах на основе соединений v, полученных методом МОСгидридной эпитаксии.
1.3.1. Диффузия основных и примесных компонентов в процессе выращивания гстероструктур.
1.3.2. Сегрегационные явления при формировании низкоразмерных гетероструктур.
1.3.3. Влияние напряжений несоответствия на вхождение компонентов в растущие эпитаксиальные слои.
ГЛАВА 2. ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ НИЗКОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР 1пСаАзА1СаА8.
2.1. Объекты исследований.
2.2. Усгановка для получения эпитаксиальных гетероструктур.
2.3. Измерительное оборудование.
ГЛАВА 3. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОФИЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ НИЗКОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР 1пСаА8А1СаАз ДЛЯ ЛАЗЕРНЫХ ДИОДОВ.
3.1. Зависимость характеристик лазерною диода от параметров эпитаксиальной гетероструктуры.
3.2. Моделирование профилей распределения цинка в лазерной гетерострукгуре 1пОаА8А1ОаАв.
3.2.1. Расчетная модель диффузии цинка в гетерострукгуре 1пОаАзА1ОаА5.
3.2.2. Обсуждение результатов расчета и краткие выводы.
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА РАСЧЕТНОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ ПРОФИЛЕЙ ИНДИЯ В КВАНТОВОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ 1пСаА8А1СаА8.
4.1. Экспериментальное исследование профилей распределения индия в низкоразмерных гетероструктурах 1пОаА8А1СаА8, выращенных методом МОСгидридной эпитаксии.
4.2. Разработка расчетной модели для описания сегрегации индия при формировании низкоразмерных гетероструктур 1пСаА8А1ОаА.
4.2.1. Основные положения и допущения расчетной модели.
4.2.2. Описание расчетной модели.
4.2.2.1. Расчетная модель для учета влияния специфики физикохимического взаимодействия в системе 1пСаАз на сегрегацию индия.
4.2.2.1.1. Вариант без учета изменения скорости роста от состава эпитаксиального слоя.
4.2.2.1.2. Вариант с учетом изменения скорости роста от состава эпитаксиального слоя.
4.2.2.2. Расчетная модель для оценки влияния упругих напряжений на концентрационные профили индия.
4.3. Результаты моделирования концентрационных профилей индия в гетероструктурах 1пСаАзА1ОаА8 и их обсуждение.
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


При температурах роста, составляющих для МОСгидридной эпитаксии гетсроструктур 1пСаА8А1СаЛз С, уже заметна диффузия некоторых легирующих примесей, в частности цинка, в ходе процесса эпитаксии. Изменение профиля легирующей примеси может сказаться на эффективности работы приборов на основе квантоворазмерных гетеросгруктур. Это необходимо учитывать при выборе условий эпитаксиального роста, принимая во внимание особенности формируемой гетероструктуры. Это, в свою очередь, может приводить к ухудшению оптических характеристик изготавливаемых из таких структур полупроводниковых лазеров. Однако эмпирический подход к выбору условий процесса эпитаксии не оправдан с точки зрения временных и денежных затрат. В связи с этим является актуальным вопрос о моделирования различных аспектов технологического процесса с целью его оптимизации. ГЛАВА 1. Гетероструктуры на основе соединений АШВУ. К настоящему моменту эпитаксиальные структуры на основе соединений АП,ВУ занимают ведущее положение в области оптоэлектроники. Эти материалы охватывают широкий диапазон длин волн излучения, соответствующих ширине запрещенной зоны материала рис. За Р. X с я 5аА
V X X и
8. X 3 ЗаГ
в а
0,7 0. Рис. А,ИВУ1. После успешных попыток выращивания низкоразмерных полупроводниковых структур появилось огромное количество приборов, использующих эффекты размерного квантования, поскольку возможности управления параметрами приборов при использовании все тех же материалов сильно расширились. Понятие о гетероструктурах. Модель гетероперехода. Гетеропереход это контакт двух полу проводи и ков, различающихся по составу а также по величине ширины запрещенной зоны и диэлектрической проницаемости. Полупроводниковая гетероструктура представляет собой комбинацию нескольких гетеропереходов. Гетеропереходы могут быть изотипными контакт двух полупроводников с одним типом проводимости и анизотипными контакт двух полупроводников с разными типами проводимости. Кроме того, гетеропереходы разделяют на резкие когда характеристики веществ меняются на расстоянии порядка нескольких параметров решетки и плавные когда характеристики веществ меняются на расстоянии порядка диффузионной длины носителей заряда около 1 мкм. В году Р. Андерсоном была предложена зонная диаграмма идеального гетероперехода 2 рис. Переход является идеальным, то есть энергетические состояния на гетерогранице отсутствуют. Дс0,, 1. ДЕсЕКгвгЕКОх. УоУ2 части приложенного к структуре напряжения, приходящиеся на 1 и 2 полупроводники Д,, г коэффициент диффузии и время жизни электронов в материале ртипа проводимости Ато2 концентрация доноров во 2 полупроводнике 5 площадь контакта вероятность туннелирования носителей через барьер 0ЛГ1. Рис. Л. Зонная энергетическая диаграмма резкого идеального гетероперехода Ер общий уровень Ферми ЛЕс ЛЕу соответственно разрывы зон проводимости и валентной, Уо, Ур2 изгиб зоны проводимости в 1 и 2 полупроводниках. Это означает, что в прощранстве волновых векторов максимум валентной зоны и минимум зоны проводимости, разделенные интервалом, равным ширине запрещенной зоны Д соответствуют одному значению волновот вектора рис. В этом случае при поглощении излучения с энергиями Е ЛиД большими ширины запрещенной зоны такого полупроводника, будет наблюдаться генерация пары носителей заряда элекгрондырка. Оптические свойства гетеропереходов. Большинство соединений АПВУ относится к прямозонным полупроводникам. При создании избытка неравновесных носителей заряда электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне они рекомбинируют с образованием фотонов, энергия которых определяется шириной запрещенной зоны материала А у2 й. Рис. Энергетический спектр прямозонного полупроводника в пространстве волновых векторов. Еу потолок валентной зоны. А,, соответственно энергии поглощаемой и излучаемой волн. При этом даже если энергии неравновесных носителей больше, чем энергии, соответствующие экстремумам зон, то эти носители релаксируют внутри зон в экстремумы за счет столкновений с фотонами. Таким образом, прямозонный полупроводник не может поглощать или излучать волны, энергия которых меньше ширины запрещенной зоны этого материала.