Физико-химические аспекты формирования квантовых точек в системе InGaAs/GaAs методом МОС-гидридной эпитаксии

• Автор: Вагапова, Наргиза Тухтамышевна
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 115 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Общая характеристика работы
Глава I. Литературный обзор
1Л. Низкоразмерные полупроводниковые гетероструктуры
1.2. Методы получения низкоразмерных полупроводниковых гетероструктур
1.3. Гетероструктуры с квантовыми точками на основе полупроводниковых соединений АШВ''
1.3.1. Получение гетероструктур с квантовыми точками по механизму Странского-Крастанова
1.3.2. Капельный метод формирования квантовых точек
2. Расчетная оценка формирования бездефектных квантовых точек в системе ГпАз/СгаАя по механизму Странского-Крастанова
2.1. Методика расчета
2.2. Результаты расчета и обсуждение
3. Разработка капельного метода формирования квантовых точек в системе ЬгАвАЗаАя в условиях МОС-гидридной эпитаксии
3.1. Методики эксперимента
3.2. Исследование влияния температуры пиролиза триметилгаллия на осаждение наноразмерных капель индия на подложке ОаАя (100)

3.3. Анализ дополнительных способов воздействия на размеры осаждаемых капель индия
Заключение
Выводы
Список литературы

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность.
Со времени создания первых работающих в непрерывном режиме при комнатной температуре лазеров на основе полупроводниковых гетероструктур (70-е годы прошлого века), они получили широкое применение в различных областях науки, техники и в повседневной жизни человека. Существенного повышения рабочих характеристик лазерных диодов удалось добиться с переходом на наноразмерные гетероструктуры, что стало возможным благодаря развитию таких технологических методов как молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) и газофазная эпитаксия с использованием металл органических соединений и гидридов - МОС-гидридная эпитаксия (МОСГЭ). При этом наибольшая эффективность генерации излучения достигается в лазерах на основе полупроводниковых гетероструктур с упорядоченными массивами квантовых точек (КТ). Для них характерны меньшие значения порогового тока накачки, большее дифференциальное усиление, более слабая температурная зависимость порогового тока, более высокие рабочие частоты [1].
В настоящее время основным методом создания полупроводниковых гетероструктур с массивами КТ является эпитаксия, осуществляемая по механизму Странского-Крастанова (С-К). Несмотря на широкое использование этого метода, следует отметить и некоторые его ограничения. Механизм С-К реализуется лишь в том случае, когда величина рассогласования периодов кристаллической решетки подложки и осаждаемого материала лежит в определенном диапазоне значений. Это значительно ограничивает круг материалов, для которых он может быть применен. Экспериментальные результаты указывают также, что для лазеров на основе таких структур характерны большие, в сравнении с теоретически предсказываемыми, пороговые токи накачки, а также спектральное уширение

1.3.1.3. Влияние скорости и времени роста КТ на их свойства.
Группа исследователей [20] изучала влияние скорости осаждения на формирование КТ InP/GaAs в условиях МОСГЭ. Оборудование и ростовые параметры экспериментов, в которых они проводили опыты, описаны выше (см. пункт 1.3.1.1). Была исследована зависимость плотности массива однородных островков от номинальной скорости роста, которая изменялась в диапазоне 0,25-5,5 MC/с при постоянной температуре роста 650°С, и номинальной толщине осаждаемого слоя 3 MC. Установлено, что существует некая область изменения скорости роста (1,5-3 MC/с), где достигается максимальная плотность массива КТ (1x109 см'2). В образцах с максимальной скоростью роста 5,5 MC/с эта величина составляла лишь 4x108 см'2, а средний размер однородных КТ оставался большим. В образцах с минимальной скоростью осаждения 0,25 MC/с на поверхности никаких островков не было обнаружено. По предположению авторов причиной этого является повышенная десорбция индия с поверхности подложки вследствие высокой температуры процесса.
Влияние скорости роста на выходные характеристики КТ в системе InAs/GaAs исследовалось Янгом и др. [51]. Образцы с различными временами роста КТ InAs были получены на подложках GaAs(OOl) при пониженном давлении (76 Topp) в установке МОСГЭ с использованием ТМИ, ТМГ, ТЭГ и ТБМ в качестве источников. Буферный слой GaAs толщиной 200 нм осаждался при температуре 700°С, затем температура в реакторе понижалась до 500°С для осаждения КТ, после чего рост прерывался на 20 с, и на конечной стадии КТ InAs покрывались слоем GaAs толщиной 100 нм при той же температуре. Номинальная толщина слоя с КТ была 2,64 MC для всех образцов. Скорость осаждения изменялась в диапазоне 0,0055-0,022 MC/с. На рис. 16 показана зависимость