Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Электронные транспортные и оптические свойства варизонных наногетероструктур с квантовой ямой AlxGa1-xAs/InyGa1-yAs/AlxGa1-xAs Виниченко Александр Николаевич

Электронные транспортные и оптические свойства варизонных наногетероструктур с квантовой ямой AlxGa1-xAs/InyGa1-yAs/AlxGa1-xAs
<
Электронные транспортные и оптические свойства варизонных наногетероструктур с квантовой ямой AlxGa1-xAs/InyGa1-yAs/AlxGa1-xAs Электронные транспортные и оптические свойства варизонных наногетероструктур с квантовой ямой AlxGa1-xAs/InyGa1-yAs/AlxGa1-xAs Электронные транспортные и оптические свойства варизонных наногетероструктур с квантовой ямой AlxGa1-xAs/InyGa1-yAs/AlxGa1-xAs Электронные транспортные и оптические свойства варизонных наногетероструктур с квантовой ямой AlxGa1-xAs/InyGa1-yAs/AlxGa1-xAs Электронные транспортные и оптические свойства варизонных наногетероструктур с квантовой ямой AlxGa1-xAs/InyGa1-yAs/AlxGa1-xAs Электронные транспортные и оптические свойства варизонных наногетероструктур с квантовой ямой AlxGa1-xAs/InyGa1-yAs/AlxGa1-xAs Электронные транспортные и оптические свойства варизонных наногетероструктур с квантовой ямой AlxGa1-xAs/InyGa1-yAs/AlxGa1-xAs Электронные транспортные и оптические свойства варизонных наногетероструктур с квантовой ямой AlxGa1-xAs/InyGa1-yAs/AlxGa1-xAs Электронные транспортные и оптические свойства варизонных наногетероструктур с квантовой ямой AlxGa1-xAs/InyGa1-yAs/AlxGa1-xAs Электронные транспортные и оптические свойства варизонных наногетероструктур с квантовой ямой AlxGa1-xAs/InyGa1-yAs/AlxGa1-xAs Электронные транспортные и оптические свойства варизонных наногетероструктур с квантовой ямой AlxGa1-xAs/InyGa1-yAs/AlxGa1-xAs Электронные транспортные и оптические свойства варизонных наногетероструктур с квантовой ямой AlxGa1-xAs/InyGa1-yAs/AlxGa1-xAs Электронные транспортные и оптические свойства варизонных наногетероструктур с квантовой ямой AlxGa1-xAs/InyGa1-yAs/AlxGa1-xAs Электронные транспортные и оптические свойства варизонных наногетероструктур с квантовой ямой AlxGa1-xAs/InyGa1-yAs/AlxGa1-xAs Электронные транспортные и оптические свойства варизонных наногетероструктур с квантовой ямой AlxGa1-xAs/InyGa1-yAs/AlxGa1-xAs
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Виниченко Александр Николаевич. Электронные транспортные и оптические свойства варизонных наногетероструктур с квантовой ямой AlxGa1-xAs/InyGa1-yAs/AlxGa1-xAs: диссертация ... кандидата физико-математических наук: 01.04.07 / Виниченко Александр Николаевич;[Место защиты: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"].- Москва, 2015.- 130 с.

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1 Особенности эпитаксиального роста, электронно-транспортные и оптические свойства, применение псевдоморфных InGaAs/AlGaAs/GaAs РНЕМТ гетероструктур в современных СВЧ транзисторах 18

1.1. Использование псевдоморфных наногетероструктур в

сверхвысокочастотной полупроводниковой электронике 18

1.2. Конструкционные особенности и технологические режимы эпитаксиального роста РНЕМТ гетероструктур с односторонним и двусторонним 8-легированием 22

1.3. Двумерный электронный газ 25

1.4. Ограничения конструкции псевдоморфного канала 26

1.5. Особенности зонного профиля РНЕМТ гетероструктур 29

1.6. Управление профилем квантовой ямы при помощи цифровых сплавов и легирования примесью 30

1.7. Влияние неоднородного профиля состава квантовой ямы на характеристики СВЧ транзисторов 33

1.8. Выводы по первой главе 34

Глава 2 Технологическое оборудование для создания РНЕМТ гетероструктур с переменным профилем состава квантовой ямы и методы их исследования 35

2.1. Молекулярно - лучевая эпитаксия 36

2.1.1. Реализация технологии на установке молекулярно-лучевой эпитаксии гетероструктур Riber Compact 21-Т 37

2.1.2. Физика процессов на поверхности при эпитаксии 53

2.1.3. Отработка технологических параметров и применяемые методики измерений и контроля 62

2.2. Методы исследования и анализа полученных гетероструктур 66

2.2.1. Измерение удельного сопротивления, подвижности и концентрации электронов из эффекта Холла 66

2.2.2. Рентгеновская дифрактометрия 75

2.2.3. Просвечивающая электронная микроскопия 80

2.2.4. Спектроскопия фотолюминесценции 82

2.3. Выводы по второй главе 83

Глава 3 Численное моделирование РНЕМТ гетероструктур 84

3.1. Моделирование зонного профиля 84

3.2. Расчет зонной структуры РНЕМТ гетероструктур с однородной квантовой ямой InxGai xAs для случаев одностороннего и двустороннего дельта-легирования кремнием 87

3.3. Расчет зонной структуры образцов с варизонной квантовой ямой 92

3.3.1. Образцы варизонных РНЕМТ гетероструктур с односторонним 8-легированием 92

3.3.2. Образцы варизонных РНЕМТ гетероструктур с двусторонним 8-легированием 94

3.4. Выводы по третьей главе 97

Глава 4 Экспериментальные исследования и анализ 98

4.1. Экспериментальные образцы: структура слоев и эпитаксиальный рост... 98

4.2. Структурная характеризация образцов методом просвечивающей электронной микроскопии 102

4.3. Анализ структурных характеристик РНЕМТ гетероструктур по данным дифракционного отражения 105

4.4. Подвижность и концентрация двумерного электронного газа в варизонных КЯ РНЕМТ гетероструктур с односторонним и двусторонним 8-легированием 108

4.5. Исследование спектров ФЛ РНЕМТ гетероструктур с варизонной КЯ 113

Выводы 115

Заключение 117

Список литературы 118

Конструкционные особенности и технологические режимы эпитаксиального роста РНЕМТ гетероструктур с односторонним и двусторонним 8-легированием

Характерные значения це и ns для односторонне и двусторонне легированных РНЕМТ структур изменяются в довольно широком диапазоне, и эти изменения могут быть вызваны как выбором параметров РНЕМТ структуры [38-42], так и режимов роста соответствующих слоев структуры [43-47].

По литературным данным температуры роста эпитаксиальных слоев AlxGai_xAs, GaAs, In Gai. As в РНЕМТ структурах отличаются друг от друга более чем на 100С [48-50]. Если эпитаксиальные слои AlxGai.xAs показывают лучшее структурное совершенство при 7«60(Н630оС, то слои GaAs - при 7«58(Н600оС, а слои InyGai_yAs - при 7«49(Н520оС. Столь широкий диапазон изменения температуры подложки при росте различных слоев обусловлен различной миграционной способностью атомов Ga, In и А1 вследствие отличия значений энергии поверхностной связи у различных атомов. Кроме того, если для Ga и А1 коэффициент прилипания практически равен 1 для температур Г 630С, то для индия наблюдается поверхностное реиспарение атомов уже при 7 570С. Этим обусловлена необходимость понижения температуры роста InyGai_yAs слоев. Температура подложки должна соответствовать двумерному характеру роста слоев, при котором кристаллическая структура образца имеет наивысшее качество.

Наряду с оптимизацией толщин и состава слоев РНЕМТ структуры необходимо также оптимизировать технологические параметры роста соответствующих слоев. К таким параметрам относятся температура роста эпитаксиального слоя, скорость роста, соотношения парциального давления потока мышьяка As к давлениям потоков элементов III группы (Ga, Al, In). Кроме этого, во время эпитаксиального роста таких сложных структур используются также дополнительные технологические приёмы, такие как: введение субслоёв в базовой РНЕМТ структуре, прерывание роста и выдерживание поверхности в потоке мышьяка, скорость изменения температуры роста при выращивании разных слоев и т.д. [51-53].

Таким образом, при проектировании оптимизированных РНЕМТ структур AlGaAs/InGaAs/AlGaAs, применяемых для изготовления мощных и малошумящих транзисторов, соответственно, необходимо выбирать как оптимальную базовую структуру, так и оптимальные технологические параметры МЛЭ-роста слоев РНЕМТ структур.

Проектирование РНЕМТ гетероструктур для мощных и малошумящих транзисторов имеет ряд принципиальных отличий. РНЕМТ гетероструктура для малошумящих транзисторов должна обладать большой подвижностью электронов в канале при не слишком большой концентрации электронов. В этом случае рассеяние электронов минимально, и соответственно, мал коэффициент шума. При этом достаточно одного легирующего слоя для обеспечения требуемой концентрации электронов в канале транзистора. Легирующий слой кремния находится сверху от квантовой ямы, со стороны поверхности, и потому выращивается после того, как выращены ответственные слои - канал In Gai. As и спейсер AlxGai_xAs. Высокое структурное качество слоя In Gai. As возможно благодаря его выращиванию сразу после толстого буферного слоя GaAs при соблюдении необходимых технологических режимов эпитаксиального роста.

РНЕМТ гетероструктура для мощных транзисторов должна иметь большую концентрацию электронов в канале транзистора при сохранении высокой подвижности электронов. При этом принципиально невозможно достичь требуемой концентрации электронов с использованием только одного верхнего донорного слоя, вследствие растущего изгиба зоны проводимости в структуре. В этом случае применяется двустороннее легирование, донорные слои расположены как сверху, так и снизу КЯ. Для такой конструкции РНЕМТ гетероструктуры при добавлении нижнего спейсерного и донорного слоев AlxGai.xAs необходимо предотвратить появление электронной плотности вне слоя In Gai. As - в т.ч. в буферном слое GaAs. Поэтому в дву сторонне-легированной РНЕМТ гетероструктуре перед нижним донорным слоем выращивается толстый слой AlxGai_xAs, создающий потенциальный барьер и приводящий к ограничению электронов в слое IiiyGai-yAs канала. В отличие от РНЕМТ гетероструктуры с односторонним легированием, здесь донорная примесь кремния вводится в структуру до выращивания канала In Gai. As, поэтому должны быть приняты меры по предотвращению проникновения атомов Si в направлении канала (не слишком высокая температура роста нижнего спейсерного слоя AlxGai_xAs). Кроме того, выращиваемые перед каналом In Gai. As толстые слои AlxGai_xAs должны обладать высоким структурным совершенством.

Существует несколько способов осуществления легирования РНЕМТ гетероструктур: объемное, модулированное и 8-легирование [54-56]. При объёмном легировании донорная примесь распределена равномерно в слое AlxGai_ xAs толщиной в десятки нанометров, так как при росте на подложку поступают потоки Ga, Al, Si и As одновременно. При 8-легировании доноры осаждаются на поверхности AlxGai.xAs при прерывании роста в течении заданного времени (потоки Ga и А1 не поступают на подложку), а затем рост возобновляется. В зависимости от температуры роста последующих слоев структуры атомы Si из 8-слоя диффундируют на некоторое расстояние, в пределах единиц нанометров, причём их концентрация быстро спадает при удалении от центра 8-слоя. Преимущество 8-легирования состоит в том, что ионизированные доноры расположены в узком слое и формируют узкую электростатическую потенциальную яму, не создающую собственных квантово-размерных подзон с низкой подвижностью электронов. Однако, 8-легирование требует более жестких условий к составу остаточной атмосферы в камере роста, поскольку при прерывании роста поверхность AlxGai_xAs может деградировать.

Использование современных методов создания гетероструктур таких как МЛЭ и MOCVD позволяет управляемо создавать слои толщиной порядка монослоя. Толщина слоя канала РНЕМТ гетероструктур составляет менее 20 нм, таким образом в области гетероперехода встроенным электрическим полем создается потенциал, ограничивающий движение электронов.

Физика процессов на поверхности при эпитаксии

Вблизи каждой выходной апертуры источника, за криопанелью находится заслонка для прерывания молекулярного потока. Для каждой заслонки предусмотрен электрический привод маятникового типа с вакуумным сильфоном передачи. При открывании заслонка смещается вверх.

Чистота и высоковакуумные условия в камере роста обеспечиваются криопанелью большой площади, охлаждаемой жидким азотом. Криопанель крепится к верхнему фланцу камеры роста и занимает пространство вплоть до молекулярных источников, для отвода тепла и термической изоляции источников друг от друга. Криопанель в виде оболочки окружает все пространство реактора.

Камера роста МЛЭ имеет 10 портов для установки молекулярных источников, расположенных осесимметрично внизу камеры роста. Схема расположения эффузионных ячеек представлена на рис. 2.3. Линия центров эффузионных ячеек составляет угол 40 с нормалью к подложке (осью камеры). Конструкция тигля из пиролитического нитрида бора (PBN) предусматривает полное покрытие молекулярного потока поверхности подложки. На криопанели между источниками предусмотрены разделители, предотвращающие взаимное "загрязнение" материалов источников. Эффузионные источники не охлаждаются водой, во избежание долговременной деградации стали циркулирующей водой. Отвод тепла осуществляется за счет криопанели с жидким азотом.

Каждая эффузионная ячейка состоит из тигля (сверхчистый, непарящий материал - пиролитический нитрид бора), нагревателя из одной или двух танталовых спиралей, термопары, танталового экрана, обеспечивающего тепловую развязку от стенок камеры и от криопанели. Эффузионные ячейки обеспечивают высокую стабильность давления молекулярного потока со временем. Это обусловлено высокой точностью поддержания температуры тигля с испаряемым материалом, высокую воспроизводимость температуры и условий роста от процесса к процессу. Расположение подложки, эффузионных ячеек и заслонок, нагревателя подложки и криопанели внутри камеры роста. Термопара вольфрам-рений находится в непосредственном контакте с дном тигля. Наружная часть молекулярного источника имеет выводы (гермовводы) питания нагревателя и сигнала термопары. Поддержание заданной температуры ячейки обеспечивается ПИД (пропорционально-интегрально-дифференциальный) - контроллером температуры.

Конструкция эффузионных ячеек специально разработана для использования определенных материалов.

Вентильный крекинговый источник мышьяка предназначен для создания стабильного регулируемого потока молекул мышьяка, как молекул As2 (димеры) в режиме крекинга, так и As4 (нерасщепленный тетрамер) без крекинга. Тигель источника рассчитан на большую емкость загружаемого мышьяка - 550 см . Обеспечивается независимый нагрев и управление температурой тигля и зоны крекинга. Используется полностью металлический калиброванный игольчатый вентиль для регулирования потока As4 в зону крекинга.

Эффузионные ячейки для галлия и индия (Ga, In) имеют двойную спираль нагревателя. Данная конструкция предотвращает образование капель конденсата в устье тигля, путем более сильного прогрева устья тигля. Такая конструкция позволяет значитеьлно снизить плотность овальных дефектов по поверхности эпитаксиальных слоев.

Независимый нагрев 2-х спиралей обеспечивается двумя источниками постоянного тока и температурными контроллерами. Объем тигля 60 см (ABN 60) для максимального диаметра подложки 3 дюйма и 80 см (ABN 80) для максимального диаметра подложки 2 дюйма.

Эффузионная ячейка для алюминия (А1) имеет одинарную спираль нагревателя, расположенную вокруг нижней части тигля. Данная конструкция увеличивает градиент температуры, что предотвращает растекание и "переползание" расплавленного алюминия в верхнюю часть тигля. Такая конструкция позволяет увеличить емкость загружаемого материала в 4 раза. Объем тигля 60 см (ABN 60) для максимального диаметра подложки 3 дюйма и 80 см (ABN 80) для максимального диаметра подложки 2 дюйма.

Тигель ячейки для легирующей примеси кремния (Si) более короткий и имеет большой угол раствора в основании конуса. Ячейки рассчитаны на получение широкого и стабильного потока материалов, одновременно обеспечивают возможность быстрого (за 1-2 мин) изменения температуры тигля на сотни градусов, что необходимо при формировании различных слоев структуры (переход от донорного слоя к контактному слою транзисторной гетероструктуры). Объем тигля 5 см .

Над каждым из молекулярных источников на корпусе камеры роста расположен порт для размещения заслонки молекулярного источника, позволяющей быстро открыть или закрыть молекулярный поток (рис.2.4). Заслонки изготовлены из высокочистого тантала. Отношение потока в зоне роста при открытой и закрытой заслонке составляет 100. Приводы заслонок электрические, обеспечивают плавное доведение до концевого положения, во избежание дребезга и возможного разлета капель с заслонки. Управление системой заслонок компьютерное, через многоканальный контроллер заслонок ISC 15.

Расчет зонной структуры РНЕМТ гетероструктур с однородной квантовой ямой InxGai xAs для случаев одностороннего и двустороннего дельта-легирования кремнием

Основной целью Холловских измерений является: - исследование вольт-амперных характеристик нанесенных контактов; - определение слоевой концентрации электронов проводимости в канале (ns); - определение холловской подвижности электронов проводимости в канале (д); - определение удельного (слоевого) сопротивления образца. Метод измерения основан на использовании образца квадратной формы с 4-мя омическими контактами, расположенными симметрично в углах квадрата (четырехконтактный метод в геометрии Ван-дер-Пау).

Из пластины с готовой гетероструктурой, выкалывается методом алмазного скрайбирования образец, площадью 0.5-1см , на котором стравливается контактный n+-InGaAs слой при помощи селективного травителя, с контролем глубины травления. Для аттестации параметров электронного транспорта в гетероструктурах гетероструктуре выращивается тонкий 5-8 нм нелегированный слой i-GaAs для предохранения от окисления. Далее при помощи фотолитографии, по заранее изготовленному фотошаблону (стекло, хром, 127 мм х 127 мм), переносится рисунок контактов, между которыми вытравливается меза-изоляция (рис. 2.15).

Это позволяет сформировать меза-структуру с четко определенным размером квадрата (Змм х Змм) для измерений в геометрии Ван-дер-Пау, снизить влияние контактных областей на растекание тока. Также при таком методе изготовления удается снизить анизотропию электрофизических свойств измеряемого образца за счет геометрической тождественности контактных площадок. Далее под микроскопом на контактные площадки образца наносится сплав In0j5Sn0j5 микропаяльником при температуре 350- 400С в зависимости от состава активного слоя исходной гетероструктуры измеряемого образца. Для гетероструктур с низким содержанием In в активных слоях (до х=0.5) на подложках GaAs необходимо дополнительное вжигание контактов в печи быстрого термического отжига в избыточной инертной атмосфере, например, газообразного азота (N2). Вжигание происходит при температуре образца 400С в течение 3 мин. В процессе термической обработки происходит диффузия метала в объем гетероструктуры, в результате чего образуются омические контакты с линейной вольт-амперной харатеристикой. После вжигания необходимо провести контроль линейности вольтамперной характеристики попарно всех 4 контактов.

Измерения электронных транспортных свойств проводились в Институте функциональной ядерной электроники НИЯУ МИФИ на установке измерения удельного сопротивления и параметров Холла Ecopia HMS 5000 четырехконтактным методом Ван-дер-Пау (рис. 2.16). Рис. 2.16. Установка Ecopia HMS 5000 и ее основные компоненты. Некоторые характеристики установки приведены ниже: -диапазон измеримых значений концентрации носителей: 10 ч- 10 см" .

Измерения проводятся в режиме источника тока, т. е. задается сила тока и снимается напряжение. При этом, в соответствии с методом Ван-дер-Пау, при измерении сопротивления и снятии ВАХ ток подается на два соседних контакта (например, А-В), а напряжение снимается с двух противоположных контактов (в данном случае, C-D).

Программное обеспечение установки предназначено для автоматического управления процессом измерения и обработки полученных данных. Результаты измерений и расчетов представляются на экране в виде таблиц с точностью 4 значащих цифры и графиков и могут быть сохранены в текстовый файл.

Исследуемый образец устанавливается на держатель из деоксидированной бронзы (рис. 2.17), и его контакты прижимаются четырьмя зондами, которые служат для подачи тока, снятия напряжения и для закрепления образца (учитывая, что в рабочем положении держатель располагается вертикально — рис. 2.16).

До помещения образца в магнитное поле снимается его вольт-амперная характеристика (ВАХ) для проверки качества контактов и корректности установки образца. При неплотном прилегании одного или нескольких зондов ВАХ не будет снята, и программа выдаст сообщение «bad contact».

Далее образец помещается в рабочее положение (рис. 2.16) и программа переключается в режим измерения эффекта Холла (рис. 2.19). Перед началом измерения требуется задать значения следующих параметров:

1) Для измерения удельного сопротивления образца ток подается на соседние пары контактов (А-В, C-D, В-С, D-A), и снимается напряжение с противоположных пар контактов (VAB, VBC, VCD, VDA). ТОК также подается в противоположном направлении (В-А, D-C, С-В, A-D) и снимаются напряжения V_AB, V_BC, V_CD, V_DA- ЭТО необходимо для исключения из окончательного результата паразитных ЭДС (термоэдс). Измеренные напряжения представляются в [мВ].

Удельная проводимость — величина, обратная удельному сопротивлению: о=1/р. Для гетероструктур с двумерным электронным газом рассчитывается данное удельное сопротивление (поверхностное), отнесенное к единице площади образца, имеющее размерность [Ом/п] (Ом на квадрат). Объемное удельное сопротивление не рассчитывается, так как в связи с квантовым характером распределения электронной плотности в наноразмерном канале, и толщина проводящего слоя является неопределенной.

2) Для измерения слоевой концентрации и подвижности носителей образец помещается в магнитное поле путем автоматического перемещения и позиционирования пары постоянных магнитов. Установка содержит два набора магнитов одинаковой индукции и противоположной полярности для измерений в полях противоположного направления.

Таким образом, непосредственно измеряемыми величинами являются: напряжение Холла (VH) для двух пар диагональных контактов (А-С и B-D), и продольное падение напряжения для двух направлений тока и двух направлений вектора индукции магнитного поля: VMBD, VM-BD, VMAC, VM-AC, V.MBD, V.MAC, V.M-AC, V.M-BD (2-15) Это требуется для исключения паразитных ЭДС, гальваномагнитных и других эффектов, нечетных относительно магнитного поля и электрического тока. Сопротивление Холла вычисляется следующим образом: R=VH /1:

Анализ структурных характеристик РНЕМТ гетероструктур по данным дифракционного отражения

Структурные особенности экспериментальных РНЕМТ гетероструктур обоих типов были исследованы при помощи просвечивающей растровой электронной микроскопии высокого разрешения. Характерное изображение активных слоев в образце №75 с прямоугольным профилем дна КЯ в темном поле представлено на рис. 4.3. В силу большой разницы в составах слоев, наблюдается сильный Z-контраст. Отчетливо видны сформированные слои гетероструктуры, размытие гетерограниц не превышает 2.1 нм.

Слои, имеющие более высокое содержание тяжелых элементов, а это в рассматриваемых образцах - In, выглядят светлее. Точные измерения толщины были сделаны непосредственно по изображениям кристаллической решетки соответствующих слоев гетероструктур путем подсчета количества кристаллических плоскостей, рис. 4.4. Каждый рефлекс на данной гистограмме равен монослою соответствующего полупроводникового соединения, поэтому метод ПЭМ позволил с высокой точность определить толщины активных слоев исследуемых РНЕМТ гетероструктур.

Результаты сравнения образцов №74 и №90 с однородной и варизонной КЯ, соответственно, полученных при помощи ПЭМ, представлены на рис. 4.5. Видно, что толщина всех активных слоев гетероструктур сохранилась, дефектов и дислокаций на ПРЭМ изображениях не наблюдалось, что свидетельствует о высоком структурном совершенстве изготовленных образцов, в т.ч. с высоким градиентом состава в канале InGaAs.

Расчитанные значения толщин некоторых активных слоев гетероструктур с однородной (№74) и варизонной (№75) КЯ, полученных при помощи ПЭМ, представлены в таблице 4.2. Проведенный сравнительный анализ толщин слоев с технологически заложенными параметрами показал хорошее согласие , отличие от образца к образцу не превышает 7%.

И хотя данная методика не позволила определить изменение состава (у) In в слое КЯ InyGai_yAs в случае варизонных РНЕМТ гетероструктур, она оказалась чрезвычайно полезна при характеризации структурных параметров экспериментальных образцов. Выращенные образцы имеют достаточно гладкие границы раздела слоев и не содержат заметной плотности дислокаций.

Сравнительный анализ структурных характеристик РНЕМТ гетероструктур, а также определение состава и толщины слоя InyGai_yAs, производилось методом двухкристальной рентеновской дифрактометрии с высоким угловым разрешением. Для этого были измерены кривые отражения (КДО) вблизи рефлекса (004) от образцов. Сравнение данных КДО образцов 183 и 47, приведенных на рис. 4.6., показало хорошее соответствие толщины и состава слоев структуры при снижении скорости роста, что подтверждает корректность проделанного масштабирования скорости МЛЭ роста.

Тонкая структура дифракционной кривой вблизи угла 26-64.4 отвечает отражению от слоя InyGai_yAs. Хорошее соответствие кривых, а именно -совпадение угла дифракции в максимуме рассматриваемого пика и узлов слева и справа от пика означают совпадение состава слоя и его толщины в двух измеренных образцах. Кроме того, наличие большого числа периодов толщинных осцилляции, показывают высокое структурное совершенство и малое размытие гетерограниц в обоих образцах.

Видно, что структура дифракционных максимумов в области углов 20= 62.7 -65.0, соответствующая отражению от слоя InyGai_yAs у данных образцов имеет небольшое отличие, однако, средний состав для обоих образцов совпадает. В структурах с неоднородным составом InyGai_yAs изменение поперечного параметра решетки вдоль слоя псевдоморфно деформированного InGaAs не проявляется в качестве отдельной особенности на дифрактограмме, а возникает пик, соответствующий усредненному составу слоя, так как это наблюдается и для КДО образцов с короткопериодными сверхрешетками. Можно отметить, что в КДО образца с варизонной квантовой ямой сохраняются толщинные осцилляции, свидетельствующие о хорошей морфологии слоя и границ раздела. Результаты измерений толщин слоев хорошо согласуются с экспериментальными данными, полученными при помощи ПЭМ.

Измерения электронного транспорта в экспериментальных образцах методом Ван дер Пау показали, что все варизонные образцы имеют достаточно высокие значения подвижности электронов, сравнимые с данными для опорных структур, имеющих однородную КЯ. Результаты измерений для двух температур приведены в таблице 3.

В образце с односторонним легированием подвижность электронов в варизонной КЯ оказалась выше, чем в образце с однородной КЯ, причем это увеличение более заметно при низкой температуре 77К. Согласно моделированию зонного профиля для односторонне-легированных структур это может быть обусловлено как удалением волновой функции электронов от области ионизированной примеси, и, как следствие, уменьшением рассеяния на ионах Si, так и уменьшением рассеяния носителей на гетерограницах КЯ.

Для структур с односторонним 8-легированием, концентрация электронов практически не изменилась в варизонной КЯ (№184) по сравнению с однородной КЯ (№183), что находится в хорошем соответствии с расчетными данными. Действительно, согласно расчету эффективная глубина КЯ в таком образце не должна изменяться, и существенного сдвига энергии подзон при данных условиях не ожидается, концентрация электронов должна сохраниться.

Похожие диссертации на Электронные транспортные и оптические свойства варизонных наногетероструктур с квантовой ямой AlxGa1-xAs/InyGa1-yAs/AlxGa1-xAs