Ступени роста и процессы на фронте кристаллизации при газофазовой эпитаксии полупроводников А3 В5

• Автор: Ивонин, Иван Варфоломеевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 350 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Краткое содержание работы
ГЛАВА 1. СТРУКТУРА РОСТОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ И МЕХАНИЗМ РОСТА ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ А3В5 В СИСТЕМАХ С ХИМИЧЕСКИМ ТРАНСПОРТОМ
1.1. Механизмы роста кристаллов из газовой фазы

1.2. Процессы роста полупроводниковых соединений AB" в системах газофазовой эпитаксии
1.2.1. Пересыщение
1.2.2. Перенос вещества в системах ГФЭ
1.2.3. Адсорбционные слои
1.3.Структура ростовой поверхности и исследования механизма роста эпитаксиальных слоев А3В5
1.3.1. Скорость тангенциального движения ступеней
1.3.2. Структура ростовых поверхностей
1.3.2. Поверхностная диффузия и процессы на ступенях
1.4. Влияние кристаллографической ориентации на скорость роста и структуру ростовой поверхности эпитаксиальных слоев А3В5
1.4.1. Методика эксперимента
1.4.2. Анизотропия скорости роста
1.4.3. Структура ростовых поверхностей эпитаксиальных слоев А3В5
1.4.3.1. Эпитаксиальные слои GaAs
1.4.3.2. Эпитаксиальные слои InAs
1.4.4. Механизм роста эпитаксиальных слоев А3В5
1.4.4.1. Интервал (111)В-(113)В
1.4.4.2.Интервал (111)А-(113)А
1.4.4.3.Интервал (001)-(115)А.В
1.4.4.4. Оценки характеристик диффузионных процессов на полярных {111} гранях А3В5

Заключение к главе
ГЛАВА 2. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ НА КИНЕТИКУ И МЕХАНИЗМ РОСТА ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ А3В5
2.1. Процессы роста на плотноупакованных гранях СаАэ и 1пАз
2.1.1.Влияние соотношения [А3]/[В5] в газовой фазе
2.1.1.1. Грань (111)А
2.1.1.2. Грань (111)В
2.1.1.3. Грань (001)
2.1.2. Влияние входного пересыщения на рост сингулярных граней
2.1.2.1. Грань (111)А
2.1.2.2. Грань (111)В
2.1.2.3. Грань (001)
2.2. Анизотропия скорости роста эпитаксиальных слоев арсенида галлия и состав
газовой фазы
2.2.1. Скорость роста
2.2.2. Строение ростовых поверхностей
2.2.3. Скорость тангенциального движения ступеней
2.2.4. Обсуждение результатов
2.3. Анизотропия скорости роста и структура ростовых поверхностей
эпитаксиальных слоев 1пА.ч при различных входных давлениях АзСГ
2.3.1. Скорость роста
2.3.2. Морфология ростовых поверхностей
2.3.3. Обсуждение результатов
2.4. Влияние температуры кристаллизации на скорость роста и структуру
ростовых поверхностей эпитаксиальных слоев А3В5
2.4.1. Анизотропия скорости роста и лимитирующие стадии при эпитаксии арсенида индия
2.4.1.1. Анизотропия скорости роста
2.4.1.2.Зависимость скорости роста от температуры кристаллизации
2.4.1.3. Температура осаждения и рельеф ростовых поверхностей 1пАя

2.4.2. Зависимость скорости тангенциального движения ступеней роста от температуры кристаллизации
2.4.2.1. Эпитаксиальные слои арсенида индия
2.4.2.2.Эпитаксиальные слои арсенида галлия
Заключение к главе
ГЛАВА 3. СТУПЕНИ РОСТА НА ПОВЕРХНОСТИ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ
СЛОЕВ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
3.1. Эволюция ступенчато-слоевой структуры ростовой поверхности при вариации времени осаждения
3.2. Влияние кристаллографической ориентации подложки на характеристики ступенчато-слоевой структуры ростовых поверхностей
3.2.1. Взаимодействие ступеней роста на поверхности ваАв в А -интервале ориентаций
3.2.2. Ступени роста на поверхности эпитаксиальных слоев ОаАя в С -интервале ориентаций
3.2.3. Влияние полярности торцов ступеней на рост эпитаксиальных слоев ваАв в окрестности полюса <001>
3.2.4. Взаимодействие ступеней роста при эпитаксии германия
3.3. Асимметричный захват атомов ступенью (эффект Швебеля)
3.4. Влияние температуры кристаллизации на структуру ростовой поверхности эпитаксиальных слоев А3ВЭ
3.4.1. Эпитаксиальный ваАя. Система (ЗаАз/АзОз/Нг
3.4.1.1. Температура кристаллизации и перестройки е эшелонах ступеней роста
3.4.1.2.Перестройка в эшелонах ступеней роста и поверхностная диффузия
3.4.1.3. Зависимость скорости тангенциального движения ступеней от температуры кристаллизации
3.4.1.4. Время реакции на ступени (изломе)
3.4.1.5. Диполъное взаимодействие как возможный механизм взаимодействия ступеней
Для определения, какой из возможных механизмов роста на террасах реализуется, Лаврентьевой /85/ предлагается проведение анализа взаимосвязи У8 и У1 для каждой из исследуемых граней. При этом предполагается, что скорость движения ступени линейно зависит от пересыщения, а У8 - более сложно. Поэтому зависимость УВ(УС) отражает зависимость скорости нормального роста сингулярной грани от пересыщения. Для эпитаксиальных слоев арсенида галлия показано, что предпочтение следует отдать механизму нуклеационного роста на террасах.
Основные затруднения, связанные с использованием такого подхода к оценке скоростей движения ступеней определяются двумя факторами. Во-первых, необходимо знать скорость роста точно ориентированной сингулярной грани, растущей по нуклеационному механизму, причем зародышеобразование должно происходить не на дефектах структуры. В противном случае величина У8 будет завышена. Обычно в экспериментах по изучению анизотропии скорости роста точность задания исходной кристаллографической ориентации подложки +20. Классический эксперимент по определению истинного значения У8 на примере ГФЭ кремния проведен Папковым /142/. Им показано, что отклонения +20 от плоскости (111) в несколько раз увеличивают скорость роста слоя по сравнению с точно ориентированной гранью (111) кремния.
Во-вторых, для определения угла отклонения ф, при котором Фо = 0, необходимо проводить эксперименты с плавно изменяющимся ф, что достаточно трудоемко. Наконец, при таком способе оценки не учитывается реальная структура ростовой поверхности. Тем не менее, такой подход позволил получить важную информацию о кинетике поверхностных процессов при росте ОаАз.
Такой способ оценки У( целесообразно использовать для детального

исследования механизма роста эпитаксиальных слоев А В'. Во-первых, провести изучение анизотропии скорости роста эпитаксиальных; слоев других полупроводниковых соединений и оценить скорости тангенциального движения ступеней при одинаковых или возможно более близких условиях наращивания

позволит выделить общие и частные закономерности роста при кристаллизации А В
Во-вторых, исследовать анизотропию скорости роста для ряда А3В5 и полущить оценки V) при различных условиях осаждения (температура, концентрация ростовых