Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по физике
На правах рукописи
Середин Павел Владимирович
СУБСТРУКТУРА И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР НА ОСНОВЕ А3В5
01.04.10 - Физика полупроводников
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук
Воронеж - 2012 г.
Работа выполнена в Воронежском государственном университете, г. Воронеж Домашевская Эвелина Павловна
Научный консультант:
доктор физико-математических наук, профессор, Воронежский государственный университет Официальные Кузнецов Владимир Владимирович, оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет ЛЭТИ им. В.И. Ульянова (Ленина) (СПбГЭТУ) Безрядин Николай Николаевич, доктор физико-математических наук, профессор, Воронежский государственный университет инженерных технологий Овчинников Олег Владимирович, доктор физико-математических наук, профессор, Воронежский государственный университет Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе,
Ведущая организация:
Санкт-Петербург
Защита диссертации состоится "__" октября 2012 г. в 1520 часов на заседании диссертационного совета Д.212.038.в Воронежском государственном университете, г. Воронеж по адресу: г. Воронеж, Университетская пл. 1, ауд. 4
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного университета Автореферат разослан "__" сентября 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, Маршаков Владимир Кириллович
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования.
Уникальность свойств многослойных гетероструктур определяется атомными и электронными процессами, протекающими как в самих слоях, так и на границах между слоями. В связи с этим происходит постоянная модернизация технологий получения этих структур одновременно с развитием прецизионных методов диагностики и теории явлений в низкоразмерных системах.
Полупроводниковые соединения A3B5 и твердые растворы на их основе, в которых можно управлять шириной запрещенной зоны путем изменения состава, получать сверхструктурные фазы и доменную структуру, остаются в центре внимания исследователей в области полупроводниковой оптоэлектроники. Эти твердые растворы (ТР) имеют положительную энтальпию образования, что создает возможность их спонтанного распада при определенных температурах. В результате распада ТР могут самопроизвольно возникать структурные и фазовые неоднородности, в том числе сверхструктурные фазы упорядочения с образованием доменной структуры. Такие сложные системы наряду с бинарными соединениями А3B5 являются исходными материалами для компонентов микро и оптоэлектронных устройств.
Спонтанное возникновение периодически упорядоченных структур на поверхности и в эпитаксиальных пленках полупроводников охватывает широкий круг явлений в физике твердого тела и в полупроводниковой технологии, обусловленных процессами самоорганизации в конденсированных средах. Взрыв интереса к данной области связан с необходимостью получения полупроводниковых наноструктур с характерными размерами 100 нм. Спонтанное упорядочение наноструктур позволяет получать включения узкозонных полупроводников в широкозонной матрице и наоборот, и тем самым создавать локализующий потенциал для носителей тока. Периодические структуры таких включений могут образовывать сверхрешетки, состоящие из квантовых ям, проводов или точек.
Явления спонтанного возникновения наноструктур создают основу для новой технологии получения упорядоченных массивов неоднородностей Ч базу для опто- и микроэлектроники нового поколения.
Актуальность проблемы упорядочения в то же время связана и с модификацией фундаментальных свойств полупроводниковых систем, обусловленной изменением симметрии сфалеритной структуры соединений А3В5, следствием которого является возможное изменение ширины запрещенной зоны, переход от непрямозонного к прямозонному полупроводнику, инверсному порядку следования зон, усложнению оптических спектров сверхструктурных фаз в результате снятия вырождения с состояний потолка валентной зоны и дна зоны проводимости.
Обзор современной литературы дает представление о спонтанном упорядочении и образовании наноразмерных неоднородностей в твердых растворах на основе IIIV. Однако, хорошо развитые теоретические представления в этих работах зачастую не подкреплены экспериментально. Потому экспериментальные исследования возникновения наноструктур в результате упорядочения или распадов в системах твердых растворов для достаточно хорошо согласованных по параметрам решетки твердых растворов AlxGa1-xAs, GaxIn1-xP, GaxIn1-xAsyP1-y, а также в метаморфных ТР InxGa1-xAs и многослойных структурах являются актуальными и практически важными.
Очевидно, что прогресс в экспериментальном изучении физических свойств квантоворазмерных структур тесно связан с развитием технологии их получения и в значительной мере им и определяется. Изготовление квантово-размерных структур в большинстве случаев требует создания полупроводниковых гетеропереходов с необходимыми свойствами. Для создания структур с двумерным электронным газом на основе гетеропереходов основным условием является требование близости параметров кристаллических решеток у обоих полупроводников, образующих гетеропару. Нарушение этого условия может привести к образованию высокой плотности дислокаций несоответствия вблизи гетерограницы, что резко ухудшает свойства переходов и делает невозможным наблюдение эффектов размерного квантования.
Поэтому моделирование физических процессов в полупроводниковой технологии, позволяющих выявлять оптимальные режимы получения ненапряженных эпитаксиальных слоев твердых растворов А3B5 максимально согласованных с параметром решетки монокристаллической подложки, в том числе с помощью легирования высокими концентрациями, по-прежнему остаются одной из актуальных задач современной физики и технологии полупроводниковых гетероструктур.
Такие исследования проводятся в данной диссертационной работе.
Цель работы заключалась в установлении основных закономерностей образования микро - и нано неоднородностей в гетероструктурах в результате распадов тройных и четверных твердых растворов на основе А3В5 или их упорядочения, а также в определении технологических условий полного согласования параметров решетки твердых растворов различных составов с монокристаллической подложкой GaAs (100).
Для достижения поставленной цели в настоящей работе решались следующие основные задачи:
ЦИсследование особенностей возникновения квазипериодических неоднородностей:
сверхструктурных фаз упорядочения, микро- и нанодоменов в однослойных эпитаксиальных гетероструктурах на основе тройных твердых растворов AlxGa1-xAs, GaxIn1-xP, выращенных методами жидкофазной и МОС-гидридной эпитаксии на GaAs(100), рентгеноструктурными, микроскопическими и оптикоспектроскопическими методами;
ЦОпределение параметров кристаллических решеток и оптических свойств новых фаз;
ЦИзучение фазообразования под влиянием спинодального распада твердых растворов;
ЦВлияние легирования диспрозием и промежуточного буферного пористого слоя GaAs на свойства эпитаксиальных гетероструктур GaxIn1-xP:Dy/por-GaAs/GaAs(100);
ЦОпределение условий получения ненапряженных, полностью согласованных по параметру кристаллической решетки с подложкой GaAs(100), эпитаксиальных твердых растворов AlxGa1-xAs различных составов путем легирования кремнием и углеродом. Определение необходимых концентраций соответствующих примесей;
ЦОпределение параметров решетки и состава доменов, образующихся при спинодальном распаде четверных твердых растворов GaxIn1-xAsyP1-y в составе тройных эпитаксиальных слоев, выращенных на монокристаллических подложках GaAs (100);
ЦИдентификация колебательных состояний и определение структурных и оптических параметров многослойных эпитаксиальных гетероструктур с квантовыми ямами и w-канавками методом ИК-спектроскопии.
На защиту выносятся следующие основные положения.
1. Закономерности возникновения сверхструктурных фаз упорядочения в эпитаксиальных тройных ТР полупроводников A3B5 при половинном замещении в металлической подрешетке на основе комплексных исследований структурными и спектроскопическими методами.
2. Образование сверхструктурной фазы упорядочения являющейся химическим соединением AlGaAs2 в эпитаксиальных твердых растворах AlxGa1-xAs при x~0.50. Кристаллическая решетка обнаруженной фазы AlGaAs2 описывается тетрагональной структурой InGaAs2-типа (Layered Tetragonal) с параметрами с=2а=2*5.646=11.292, а||=5.6532 и направлением упорядочения [100].
3. Появление новой интенсивной эмиссионной полосы в спектрах фотолюминесценции с энергией Eg=2.17еВ наряду с основной полосой Eg=2.05еВ в твердом растворе Al0.50Ga0.50As обусловлено образованием сверхструктурной фазы AlGaAs2.
4. Возникновение фазы упорядочения Ga2InP3 в виде квазипериодических доменов при распаде твердых растворов GaxIn1-xP с x~0.50 обеспечивает хорошую планарность и минимальные внутренние напряжения кристаллической решетки в гетероструктурах GaxIn1-xP/GaAs(100).
5. Обнаружение упорядоченной стехиометрической фазы InGaAs2 в метаморфных твердых растворах InxGa1-xAs, выращенных на GaAs(100).
6. Образование микродоменов с поперечной слоистой наноструктурой при спинодальном распаде четверных твердых растворах InxGa1-xAsyP1-y, заключенных между слоями тройных ТР GaxIn1-xP.
7. Определение условий полного согласования параметров кристаллических решеток эпитаксиальных твердых растворов AlxGa1-xAs с подложкой GaAs(100) в результате образования четверных твердых растворов (AlxGa1As)1-ySiy и (AlxGa1-xAs)1-yCy при легирования высокими концентрациями x кремния или автолегировании углеродом.
Научная новизна Все результаты, сформулированные в научных положениях, получены впервые, начиная от постановки задачи исследования до численных расчетов, сравнения с экспериментом и интерпретации полученных данных. Научная новизна результатов работы состоит в следующем:
1. Впервые получены экспериментальные данные о возникновении структурной неустойчивости в гетероструктурах Al0.50Ga0.50As/GaAs (100) с образованием сверхструктурной фазы, являющейся химическим соединением AlGaAs2. Решетка обнаруженной фазы AlGaAs2 описывается структурой InGaAs2-типа (Layered Tetragonal) с [100]-направлением упорядочения.
Тетрагональное сжатие чередующихся слоев, заполненных различными атомами Ga или Al, разделенных слоями мышьяка, происходит за счет слоевого упорядочения атомов Al и Ga в подрешетке A3. Определена величина тетрагонального сжатия в направлении эпитаксиального роста 0.997а и параметры кристаллической решетки а||=5.6532 , с=2а=2*5.646=11.292 . Фаза упорядочения может образовывать домены и антидомены, состоящие из 10 элементарных ячеек фазы AlGaAs2 и элементарных ячеек антифазы GaAlAs2 длиной 1.13 нм.
2. Впервые экспериментально установлено, что при росте эпитаксиальных гетероструктур GaxIn1-xP/GaAs(100) с x~0.50 возникает фаза упорядочения Ga2InPимеющая решетку CuPt-B-типа и параметр кристаллической решетки a=5.6455 в виде квазиупорядоченных доменов. Показано, что параметр решетки фазы упорядочения Ga2InP3 мало отличается от параметра решетки матрицы твердого раствора Ga0.54In0.66P, которая обладает хорошей планарностью.
3. Впервые обнаружена сверхструктурная фаза InGaAs2 в метаморфных твердых растворах InxGa1-xAs, выращенных на GaAs(100). Элементарная ячейка фазы упорядочения InGaAs2 кристаллической решеткой типа Layered Tetragonal состоит из 10 элементарных ячеек типа сфалерита c параметром элементарной ячейки a=5.3577. Атомы в металлической подрешетке сверхструктурной фазы InGaAsдолжны быть расположены таким образом, чтобы параметр кристаллической решетки в направлении роста был равен параметру неупорядоченного твердого раствора, а параметр в плоскости роста испытывал сжатие вследствие возникновения явления упорядочения. Образование сверхструктурной фазы InGaAs2 не влияет на хорошую планарность эпитаксиального твердого раствора InxGa1-xAs.
4. Экспериментально показано, что при спинодальном распаде четверных твердых растворов GaxIn1-xAsyP1-y могут образовываться квазиупорядоченные домены, ориентированные вдоль направления [110] со слоистой поперечной наноструктурой.
Максимумы фотолюминесценции доменов разных составов могут иметь близкие значения, если лежат вблизи одной изоэнергетической линии.
5. В многослойных эпитаксиальных гетероструктурах с погруженными слоями GaAs и InAs напряжения растяжения или сжатия в окружающих слоях w-канавок могут приводить к частичному расслоению твердых растворов и локализовывать в них оптические фононы, как это происходит в случае сверхрешеток.
6. Впервые экспериментально установлена и обоснована возможность полного согласования параметров кристаллических решеток твердых растворов AlxGa1-xAs различных составов и монокристаллической подложки GaAs за счет управляемого введения в решетку твердого раствора кремния и углерода с образованием твердых растворов (AlxGa1-xAs)1-ySiy и (AlxGa1-xAs)1-yCy.
При высоких концентрациях углерода (y>0.001) атомы примеси могут концентрироваться на дефектах кристаллической решетки твердого раствора (AlxGa1-xAs)1-yCy с образованием нанокластеров углерода.
В результате обобщения совокупность полученных результатов работы можно охарактеризовать как крупное научное достижение в области диагностики полупроводниковых гетероструктур на основе A3B5 с квазипериодическими неоднородностями дифрактометрическими и спектроскопическими методами.
Практическая значимость 1. Разработанная методика регистрации запрещенного рефлекса (600) гетероструктур А3В5 на больших брэгговских углах отражения позволяет производить прецизионные измерения параметров компонент гетероструктур с точностью до четвертого знака, за счет использования рефлекса (600) монокристаллической подложки GaAs(100) в качестве внутреннего стандарта.
2. Прецизионные измерения параметров решеток кристаллических решеток и частот оптических фононов в системах с микро- и нано неоднородностями составляют основу структурно-спектроскопической диагностики гетероструктур, необходимой для разработки технологий устройств оптоэлектроники.
3. Моделирование технологических процессов в координатах: параметры кристаллических решеток ТР - состав ТР - температура роста ТР - давление при росте ТР позволяет определять оптимальные режимы получения полупроводниковых гетероструктур AlGaAs/GaAs(100) с полностью согласованными параметрами решетки путем растворения кремния и углерода в кристаллической решетке AlxGa1-xAs при образовании твердых растворов (AlxGa1As)1-ySiy и (AlxGa1-xAs)1-yCy.
x 4. Полученные автором результаты внедрены и активно используются в технологических процессах роста гетероструктур в Лаборатории полупроводниковой люминесценции и инжекционных излучателей ФТИ им. А.Ф.
Иоффе.
Научная обоснованность и достоверность полученных экспериментальных результатов, представленных в диссертационной работе, определяется использованием современной экспериментальной техники и воспроизведением обнаруженных эффектов в ряде зарубежных научных коллективов, о чем свидетельствуют ссылки в статьях, обзорах и монографиях на опубликованные автором работы по теме данной диссертации. В частности:
Результаты экспериментальных исследований явления упорядочения и распада в твердых растворах на основе A3B5 с возникновением неоднородностей, в том числе наноразмерных, подтверждают теоретические данные других авторов, исследовавших аналогичные проблемы.
Данные по изучению структурных свойств методами рентгеновской дифракции, спектроскопии колебательных состояний подтверждаются прямыми экспериментами (включая данные по электронной микроскопии, полученные как в рамках диссертационного исследования, так и другими авторами) и согласуются с существующими теоретическими представлениями.
Результаты расчетов спектров ИК отражения однослойных и многослойных гетероструктур с достаточно высокой точностью совпадают с экспериментальными данными, а их интерпретация соответствуют выводам других авторов, исследовавших подобные структуры.
Основные результаты работы получены в Воронежском государственном университете в течение 2001-2012 гг. в соответствии с планами НИР Университета по направлению: Физика полупроводников в рамках научной школы проф.
Домашевской Э.П. УАтомное и электронное строение твердых теФ.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях:
5-й Международной конференции УЯвления релаксации в твердых телахФ.
(Воронеж, 2004) 2-й, 3-й, 4-й Всероссийских конференциях УФизико-химические процессы в конденсированных состояниях и на межфазных границахФ. (ФАГРАН-2004, ФАГРАН - 2006, ФАГРАН - 2010 ), Воронеж, 2004, 2006, 204-й, 5-й, 6-й Международных научных конференциях Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии, Кисловодск, 2004, 2005, 2006.
6-й, 7-й Всероссийских молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике. Санкт-Петербург 2004, 209-й, 10-й 11-й конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов - 2004, 2005. 20Владивосток 3-ей международной научно-технической конференции Информатизация процессов формирования открытых систем на основе САПР, АСНИ, СУБД и систем искусственного интеллекта (ИНФОС - 2005) Вологда 2005.
Четвертом международном междисциплинном симпозиуме Фракталы и прикладная синергетика ФиПС-2005, Москва 14-17 ноября 2005г.
European Conference on Applications of Surface and Interface Analusis ECASIAТ(Vienna, 2005), ECASIAТ09 (Antalya, 2009), 10, 11 симпозиумах УНанофизика и НаноэлектроникаФ, 2006г. 2007г. Нижний Новгород Международной конференции УGaAs - 2006Ф. Томск.
10-й Международной школе-семинаре по люминесценции и лазерной физике ЛЛФ-2006. Иркутск 2006г.
Seventh International Young Scientists Conference УOptics and High Technology Material Science SPO2006Ф Kiev, Ukraine, 2015th International symposium УNanostructures: Physics and technologyФ 2007, Novosibirsk 8-й Российской конференции по физике полупроводников "ПОЛУПРОВОДНИКИ2007" г. Екатеринбург, 206-й 7-й Всероссийской школы конференции УНелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловеденииФ г. Воронеж 2007, 206-й Международной конференции УАморфные и микрокристаллические полупроводникиФ. Санкт-Петербург 2016th International Symposium Nanostructures: Physics and Technology. Institute of Automation and Control Processes, Vladivostok, Russia 20Nanostructure materials, applied optics and photonics. International school for young scientists within the framework of the 16th international simposium УNanostructures:
Physics and TechnologyФ. Vladivostok, Russia 2008.
11-ой научная молодежной школе по твердотельной электронике Нанотехнологии, наноматериалы, нанодиагностика Санкт-Петербург 2008.
17th Int. Symp. УNanostructures: Physics and TechnologyФ Minsk, Belarus 20 NATO Advanced Recearch Workshop УAdvanced materials and technologies for Micro/Nano-Devices, Sensor and ActuatorsФ NanoDSAТ2009, St.Peterburg, Russia, June 29 - July 2, 204-ой Всероссийской конференции с международным участием УХимия поверхности и нанотехнологияФ 2009, Хилово, Псковская обл.
Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи УПроведение научных исследований в области индустрии наносистем и материаловФ Белгород, 20 XII Международной школе-семинаре по люминесценции и лазерной физике Иркутская обл., Россия, 2010 г.
5th International Workshop on Crystal Growth Technology June 26 - 30, 2011 Berlin, Germany E-MRS 2011 Fall Meeting, September 19 - 23, 2011 Warsaw University of Technology, Poland 11th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-11) St. Petersburg (Russia), October 20Публикации. По теме диссертации опубликовано более 100 печатных работ, из них 25 статей опубликованы в изданиях, соответствующих перечню ВАК РФ рецензируемых научных журналов и изданий, в том числе зарубежных, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени доктора наук. Три работы опубликованы без соавторов.
Отметим, что данный список не включает публикации в трудах отечественных и международных конференций, а также статьи автора, прямо не связанные с темой диссертации.
ичный вклад автора является основным и заключается в формулировке проблемы, постановке задач исследования, выбора методов исследования, проведении экспериментов, анализе, моделированию и интерпретации полученных данных, обосновании основных положений диссертации и развития научного направления - диагностика низкоразмерных полупроводниковых систем с квантоворазмерными неоднородностями дифрактометрическими и спектроскопическими методами.
Научные гранты, имеющие отношение к выполнению данной работы: Грант Президента РФ 2011 года. МК-736.2011.2 "Фундаментальные основы создания и исследование характеристик фотоэлектрических и оптоэлектроных устройств на основе управляемой самоорганизации, самосборки и сверхструктурирования в эпитаксиальных твердых растворах полупроводников АЗВ5"; Грант РФФИ 09-02-97505-р_центр_а "Получение эпитаксиальных гетероструктур с нанодоменами и сверхструктурными фазами в результате контролируемого спинодального распада тройных и четверных твердых растворов на основе АЗВ5"; Грант РФФИ 06-02-96313-р_центр_а "Сверхструктурное упорядочение в эпитаксиальных наноструктурах AlxGa1-xAs/GaAs(100)";
Грант РФФИ 09-02-90719-мобст "Научная работа российского молодого ученого Середина Павла Владимировича в Учреждении Российской академии наук Физико техническом институте им. А. Ф. Иоффе РАН";
Проект ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 годыФ ГК 16.740.11.0316 Атомное и электронное строение квантово размерных неоднородностей и наноструктур на основе кремния и полупроводников АЗВ5для функциональной нано и оптоэлектроники Проект ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 годыФ 14.740.11.0704 "Фундаментальные исследования атомного и электронного строения квантово - размерных неоднородностей в низкотемпературных гетероструктурах на основе твердых растворов полупроводников АЗВ5" Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения с выводами и содержит 308 страниц текста, включая 96 иллюстраций, таблиц, и списка цитируемой литературы из 178 наименований.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, определены объекты исследования, сформулирована цель работы, задачи, которые необходимо решить исходя из цели работы, приведены основные результаты, отмечена их новизна, научное и практическое значение, освещена апробация работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе В з1.1 рассматриваются фундаментальные свойства полупроводниковых твердых растворов на основе A3B5, приводятся литературные данные относительно кристаллической структуры, ИК - спектров отражения и морфологии поверхности твердых растворов на основе полупроводников A3B5. Проведен детальный анализ явления возникновения упорядоченных сверхструктур в различных эпитаксиальных слоях на основе твердых растворов AlxGa1-xAs, GaxIn1-xP, InxGa1-xAs, GaxIn1-xAsyP1-y (з1.2). В з1.3 рассматриваются теория фазовых превращений, упорядочения и распадов в твердых растворах на основе полупроводников A3B5, дается классификация фазовых превращений, рассматриваются диффузионный и спинодальный тип распада твердых растворов.
Вторая глава.
В з2.1 обсуждается обоснование выбора исследуемых гетероструктур и приводятся их характеристики, описаны параметры исследованных образцов, разбитых на серии, в зависимости от вида гетероструктуры и типа твердого раствора. Современные методы исследования атомного и электронного строения эпитаксиальных гетероструктур и объектов на основе А3В5 с наноразмерными неоднородностями обсуждаются в з2.2. Приводится описание основных методов получения эпитаксиальных гетероструктур: жидкофазной, МОС-гидридной и молекулярно-лучевой эпитаксий, экспериментальных приборов и методов, используемых в современной экспериментальной практике для получения и обработки рентгеноструктурных данных, ИК спектров и спектров комбинационного рассеяния, методов атомно-силовой и растровой электронной микроскопии.
Приводится разработанная автором методика цифрового представления информации при фотографической регистрации рентгенограмм.
Приведены описания и основные характеристики использованных в работе приборов: рентгеновских дифрактометров ДРОН 4-07, ARLТXTRA Theromo Fisher, ИК-спектрометра Vertex 70 Bruker, Рамановского микроскопа Sinterra Bruker, атомно-силового микроскопа Femtoscan, электронного мироскопа JOEL.
В з2.3 описывается и обсуждается преимущество предложенной методики исследования состава и внутренних напряжений полупроводниковых гетероструктур методами рентгеноструктурного анализа.
Сообщается, что параметр кристаллической решетки эпитаксиальной пленки с учетом внутренних напряжений, обозначаемый стандартно как a, может быть рассчитан следующим образом [1, 2]:
1 2 a a a|| (1) 1 1 Ввиду послойного роста тонкой эпитаксиальной пленки на монокристаллической подложке, параллельная составляющая эпитаксиального слоя а может быть заменена параметром кристаллической решетки подложки.
Таким образом, соотношение для параметра решетки с учетом внутренних напряжений эпитаксиальных слоев AxB1-xC с учетом линейной зависимости для коэффициента Пуассона A B1xC xAC (1 x)BC (2) x может быть записано как:
1 (xAC (1 x)BC ) a aA B1 C AxB1 xC x x 1 (xAC (1 x)BC ) (3) 2(xAC (1 x)BC ) aBC 1 (xAC (1 x)BC ) Аналогичные выражения для параметров решетки с учетом внутренних напряжений и коэффициентов Пуассона в предположении линейного изменения обоих можно записать и для четверных твердых растворов.
Кроме того в з2.3 обсуждаются: методика регистрации далеких дифракционных линий и ее преимущества при расчете параметров кристаллических решеток, методики определения параметра решетки с учетом внутренних напряжений, обсуждаются основы стандартных геометрий рассеяния, описывается методика определения напряжений в псевдоморфных гетероструктурах, обсуждается метод асимметричного отражения в исследованиях метаморфных структур, вводится методика разложения дифракционных профилей на дублеты.
з2.4 приводится методика моделирования ИК - спектров в различных моделях, в том числе в усовершенствованной модели "пленка - подложка" применительно к многокомпонентным системам.
Сообщается, что при моделировании ИК-спектров решеточного отражения многокомпонентных материалов и гетероструктур расчетные спектры вычисляются с учетом модели пленка - подложка. Эта модель позволяет проводить дисперсионный анализ ИК спектра отражения, с учетом фононных мод, возникающих как в пленке, так и в подложке. В системе, состоящей из s полубесконечной подложки (с диэлектрической функцией ) и поверхностного слоя или пленки (с диэлектрической функцией ) толщиной d, амплитудный f коэффициент отражения r для нормального падения имеет вид [3, 4] rf () rfs () exp(i2 ) r (4) 1 rf () rfs () exp(i2 ) R r Коэффициент отражения соответственно равен 1 () f rf () , (5) 1 () f где () s () f rfs , (6) () s () f 2d () f Дисперсионное отношение для функций диэлектрической проницаемости пленки и подложки может быть найдено в адиабатическом приближении в следующем виде:
() (7) ( 4fi (TOi ))2 2 i i TOi i f где, и - сила, резонансная частота и затухание j-го осциллятора j j j Моделирование спектров многослойных гетероструктур проводится аналогично моделированию спектров однослойных гетероструктур в модели пленка - подложка.
Однако длинноволновая диэлектрическая функция пленки такой многослойной структуры f используется в виде, предложенном в [4], для случая нормального падения:
i () di i f di i, (8) где i и di - диэлектрическая функция, и толщина i- го слоя. Выражение (8) справедливо, если выполняются требования пространственной однородности в каждом слое [4].
Глава 3 посвящена исследованию гетероструктур, в том числе с наноразмерными неоднородностями, на основе тройных твердых растворов AlGaAs.
В з3.1 обсуждаются исследования классических эпитаксиальных гетероструктур AlxGa1-xAs/GaAs (100). На основе данных, полученных дифрактометрическим и фотографическим методами рентгеноструктурного анализа, а также ИКспектроскопии на отражение и последующего моделирования ИК-спектров отражения в различных моделях представлены в з3.1. Определены: постоянная кристаллической решетки монокристаллической пластины GaAs a=5.6532 0.0001, а также частоты основных фононных колебаний, возникающих в эпитаксиальных слоях. Показано, что точное измерение постоянной кристаллической решетки GaAs играет особое значение, т.к. данный параметр является репером при проведении дальнейших расчетов. Представлено соответствие полученных результатов литературным данным, а также показано, что постоянство измеренных параметров и их для всех образцов свидетельствует о хорошей воспроизводимости результатов эксперимента.
Что касается закона Вегарда, то, как показано в з3.1.1, для эпитаксиальных гетероструктур AlxGa1-xAs/GaAs (100), выращенных двумя методами (МОС - гидридной и жидкофазной эпитаксией), постоянная решетки а твердых растворов различных составов, рассчитанная с учетом упругих напряжений удовлетворяет линейному характеру зависимости параметра решетки от состава твердого раствора в системе AlAs-GaAs, приведенного в [5] (см. рис. 1), однако, для МОС-гидридных образцов наилучшим образом.
В з3.2 сообщается об обнаружении на рентгенограммах образцов AlGaAs/GaAs (100) с x~0.50 дифракционных линий от неизвестной фазы. Так при разложении дифрактометрической линии (400) и ассиметричного рентгенографического рефлекса (711) на компоненты помимо K1,2 -дублетов от монокристаллической подложки GaAs (100) и твердого раствора AlxGa1-xAs обнаружено появление фазы с параметром решетки а=5.649 меньшим, чем параметр GaAs а=5.6532 .
Анализ полученных результатов дифрактометрических исследований твердых растворов с х~0.50 на подложках GaAs (100) в з3.2.2 привел к заключению о том, что обнаруженная нами неизвестная фаза представляет собой химическое соединение AlGaAs2 и является сверхструктурой к решетке сфалерита. Решетку обнаруженной фазы упорядочения AlGaAs2 можно описать структурой InGaAs2-типа (Layered Tetragonal) с [100]-направлением упорядочения.
В этой структуре элементарная ячейка соответствует двум ячейкам типа сфалерита, поставленным друг на друга вдоль оси с и испытывающих тетрагональное сжатие за счет слоевого упорядочения расположения атомов Al и Ga в подрешетке A3.
Параметр фазы AlGaAs2 с=2а =11.292 < 2а =11.322 . Параметр измер. Al0.50Ga0.50As с направлен по нормали к плоскости (100), т.е. тетрагональное сжатие элементарной ячейки происходит в направлении роста эпитаксиальной пленки и составляет величину с /2а =0.997<1 в области упорядочения, что AlGaAs2 Al0.50Ga0.50As экспериментально удалось показать впервые и что подтверждает данные теоретических исследований [6].
Результаты рентгеновской дифракции свидетельствует о значительном объеме (~15%) областей упорядоченного твердого раствора Al0.50Ga0.50As с образованием сверхструктурной фазы AlGaAs2 в эпитаксиальных гетероструктурах с х~0.50.
Рис. 2. Морфология поверхности МОСРис. 1 Разложение (400) дифракции от гидридной эпитаксиальной образца гетероструктуры гетероструктуры AlxGa1-xAs/GaAs (100) с х=0.50. (a) - изображения Al0.50Ga0.50As/GaAs(100), содержащего в микроучастка образца; (b) - сечение его эпитаксиальном твердом растворе фазу поверхности; (c, d) - соответствующие функции распределения упорядочения AlGaAs2.
неупорядоченного (с) и упорядоченного (d) нанорельефа рельефа поверхности.
Данные атомно-силовой микроскопии и растровой-электронной микроскопии, приведенные в з3.2.3 показывают, что на поверхности гетероструктуры с сверхструктурной фазой AlGaAs2 существуют области упорядоченного нанорельефа.
Период упорядочения составляет около n~115нм при средней высоте рельефа около 30нм. Угол сопряжения наноструктурированных областей составляет ~80 (рис. 2).
Обсуждается связь сверхструктурной фазы с областями упорядочения, а также показано, что величина параметра с~1.13 нм кратна периоду поверхностного упорядочения нанорельефа n~115 нм, что является одним из характерных признаков самоорганизованных структур [7].
Рис. 3. Варианты расположения атомных слоев в элементарной ячейке соединения AlGaAs2: фаза AlGaAs(слева) и антифаза GaAlAs2 (справа).
Доказано, что существуют два возможных варианта расположения атомных слоев в элементарной ячейке соединения AlGaAs2.В первом варианте (рис. 3, слева) верхний, средний и нижний слои занимают атомы алюминия, в то время как в промежутке между ними находятся слои галлия. И те, и другие отделены друг от друга слоями мышьяка, образующими с атомами металла верхнего и нижнего слоя ковалентно - ионные связи. В этом случае мы имеем фазу AlGaAs2. Во втором варианте (рис. 3, справа) атомы двух металлов располагаются с точностью до наоборот. Т.е. атомы алюминия располагаются в промежуточных слоях, а атомы галлия содержатся в верхнем, среднем и нижнем слоях, т.е. в противофазе по отношению к Al. И таким образом образуется антифаза GaAlAs2. Фаза AlGaAsобразует домены наповерхности гетероструктуры, в то время как антифаза GaAlA-s - антидомены, состоящие из 10 элементарных ячеек фазы и 10 элементарных ячеек антифазы с длиной 1.13 нм. Показано, что в областях упорядочения домены и антидомены сгруппированы в чередующиеся полосы или ленты, которые образуют УёлочкуФ или УпаркетФ.
Данные ИК - спектрометрии отражения МОС-гидридных эпитаксиальных гетероструктур, а также результаты дисперсионного анализа ИК-спектров, проведенного в модели Упленка-подложка", приведены и обсуждаются в з3.2.4.
Результаты дисперсионного анализа позволили показать, что в ИК-спектре отражения гетероструктуры со сверхструктурной фазой упорядочения помимо основных фононных мод, соответствующих связям: Ga-As и Al-As возникают две группы дополнительных мод, сдвинутые относительно основных колебаний в сторону длинных. Используя микроскопическую теорию колебаний кристаллической решетки [8] для кубического кристалла с помощью соотношения Сигети удалось доказать, что возникающие дополнительные моды представляют собой колебания ионов, относящихся к сверхструктурной фазе.
В з3.2.5 приведены результаты фотолюминесцентной спектроскопии МОСгидридных твердых растворов AlxGa1-xAs со сверхструктурированием.
Обсуждается связь упорядочения с модификацией фундаментальных свойств полупроводниковых систем, обусловленной понижением симметрии сфалеритной структуры соединений АЗВ5, следствием чего является не только изменение кристаллической структуры эпитаксиального твердого раствора, усложнение оптических спектров сверхструктурных фаз в результате снятия вырождения с состояний, соответствующих потолку валентной Рис. 4. Спектр фотолюминесценции зоны и дну зоны проводимости, но и гетероструктуры Al0.50Ga0.50As/GaAs(100) с возможное изменение ширины фазой упорядочения AlGaAsзапрещенной зоны. Анализ полученных экспериментальных результатов, а также моделирование спектров фотолюминесценции показал, что фотолюминесценция образца со сверхструктурной фазой упорядочения помимо эмиссии от неупорядоченного твердого раствора имеет высокоинтенсивную дополнительную эмиссию с энергией 2.17еВ. Сообщается, что расчеты, приведенные в теоретической работе [9] показывают, что рассчитанный для сверхструктуры AlGaAs2 минимум ширины запрещенной зоны составляет Eg~2.2еВ, что согласуется с полученным нами результатом.
зз3.3-3.4 посвящены экспериментальному изучению высоколегированных гетероструктур на основе твердых растворов A3B5, поскольку существенно изменять структурные, электрические и оптических свойства полупроводникового эпитаксиального материала можно посредствам введения примесей и дефектов.
Обсуждается перспектива технологических возможностей получения ненапряженных - максимально согласованных по параметру решетки с монокристаллической подложкой эпитаксиальных пленок полупроводниковых твердых растворов AlxGa1-xAs различных составов, выращенных на GaAs(100) и легированных рядом примесей, что является высоко актуальной задачей физики гетероэпитаксиальных структур.
В з3.3.1-3.3.5 сообщается об обнаружении и изучении эффекта влияние кремния на релаксацию кристаллической решетки в МОС-гидридных гетероструктурах AlxGa1-xAs:Si/GaAs(100). Обсуждается образование твердых растворов в гомоэпитаксиальных структурах GaAs:Si/GaAs(100), а также влияние высокого уровня легирования кремнием на согласование решеток в гетероструктурах AlxGa1As:Si/GaAs(100). На основании полученных данных получен обобщенный закон x Вегарда для четверной системы твердых растворов (AlxGa1-xAs)1-ySiy, который будет иметь вид a( AlxGa1 As)1 Siy aAl Ga1x As y(aAl Ga1 As aSi ) x y x x x (9) 5.6532 0.0078x y(0.2222 0.0078x) где x - концентрация атомов алюминия, у - концентрация атомов кремния.
Показано, что в твердом растворе (AlxGa1-xAs)1-ySiy можно предполагать образование не только антиструктурных дефектов типа GaAs, но и более сложных дефектов и комплексов.
Доказано, что два фактора - растворение атомов Al и растворение атомов Si (на порядок меньшего количества), приводят к противоположным изменениям параметра и должны компенсировать друг друга при точной оптимизации технологических параметров. Обсуждается, что управляемое введение концентрации легирующего элемента (кремния) позволяет полностью согласовать параметры решетки твердых растворов AlxGa1-xAs и монокристаллической подложки GaAs, тем самым, решив одну из главных задач технологии - рост согласованных по параметру гетероструктур (рис. 5,а).
На основе проведенного моделирования оптимального соотношения технологических параметров роста, а именно потока дисилана и температуры в реакторе, приводящих к полному согласованию параметров кристаллических решеток эпитаксиального слоя с растворенным кремнием и монокристаллической подложки, установлены зависимости между рассогласованием параметров решеток a и ростовыми параметрами. Для этого в системе координат поток - температура - рассогласование параметров решеток (V - T - a) на основании экспериментальных и расчетных данных построены диаграммы зависимостей a(V,T) для гомоэпитаксиальных структур (рис. 6) и гетероструктур с x~0.25 и x~0.40 (рис. 7 - соответственно). Использование методов регрессивного анализа позволило аппроксимировать зависимость между величинами диаграммы плоскостью, задаваемой соотношением:
a(V,T ) mV nT p (10) где m, n, p - расчетные коэффициенты.
Рис.5. Исследования высоколегированных гетероструктур AlxGa1As:Si/GaAs(100) x Профили (600) рентгеновской дифракции от: (а) нелегированной структуры AlxGa1As/GaAs(100), (b) x высоколегированной гетероструктуры (Al0.35Ga0.65As)0.993Si0.007/ /GaAs(100); (c)-ИКспектр отражения образца (Al0.35Ga0.65As)0.993Si0.007/ /GaAs(100); (d) - спектры фотолюминесценции образца (Al0.35Ga0.65As)0.993Si0.007/ /GaAs(100) Анализ полученных результаты, позволил выявить эмпирические зависимости между параметрами эпитаксиальных гетероструктур и технологическими условиями роста, а именно между различными скоростями потоков диссилана и разными температурами, которые и определяют количество внедренных атомов Si легирующей примеси, а также их положение в той или иной подрешетке.
Полученные данные в результате регрессивного анализа и расчетов оптимальных соотношений технологических параметров представлены в Табл.1.
Там же приведены расчетные концентрации кремния, соответствующие полному согласованию решеток, определенные на основании соотношения (10) для четверных твердых растворов (AlxGa1-xAs)1-ySiy.
Рис. 6. Гомоэпитаксиальные Рис. 7. Эпитаксиальные Рис.8. Эпитаксиальные структуры GaAs:Si/GaAs(100). гетероструктуры гетероструктуры AlxGa1AlxGa1-xAs:Si/GaAs(100) с As:Si/GaAs(100) с x~0.40.
x x~0.25.
Таблица 1. Расчет концентраций параметров кристаллической решетки эпитаксиальной пленки AlxGa1-xAs:Si и монокристаллической подожки GaAs(100) в зависимости от потока дисилана и температуры в реакторе.
Соотношение между V и T nSi расчет, x m*10-6 n*10-6 p для согласования решеток ат. % 0 -5.277 1.00 - V 3.795102 0.18954T 0.00~0.25 -7.688 -7.60 0.0072 0.0V 9.365102 0.9885T ~0.40 -5.222 -3.00 0.0052 0.0V 9.962102 0.5747T В з3.3.4 обсуждаются результаты ИК-спектроскопии высоколегированных гетероструктур на основе GaAs:Si и AlxGa1-xAs:Si. Получены частоты плазмонфононных мод в ИК-спектрах. Покказано, что помимо небольших смещений основных колебательных мод образование твердых растворов с кремнием вызывает появление дополнительных колебаний в спектрах почти всех образцов гетероструктур AlxGa1-xAs:Si/GaAs(100) (рис. 5,с), интенсивность которых возрастает с ростом концентрации кремния в твердом растворе Расчет частот колебаний LO ближайших соседей для алмазоподобной решетки, выполненный на основе модели, предложенной Харрисоном [10] и успешно апробированной в [11], в соответствии с соотношениями (11-12):
C0 (3a3 /16)(c11 2c12) (11) C1 (a3 / 32)(c11 c12) LO (8/3d2)(C0 8C1) (12) где а - параметр кристаллической решетки, c11 и c12 - коэффициенты тензора напряжений для твердого раствора AlxGa1-xAs-Si, показал, что обнаруженная в ИКЦспектрах отражения (рис. 5,с) эпитаксиальных гетероструктур AlxGa1-xAs:Si/GaAs(100) фононная мода с частотой ~291 см-1 и совпадающая по частоте с продольным LO оптическим фононом GaAs возникает вследствие расщепления TO и LO фононов моды Ga - As, а появление дополнительных колебательных мод с частотами ~153 см-1 и ~130 см-1 п обусловлено возникновением в твердом растворе сложных дефектов на основе Si.
Результаты фотолюминесцентной спектроскопии гетероструктур AlxGa1As:Si/GaAs(100), приведены в з3.3.5. Установлено, что в спектрах x фотолюминесценции гомоэпитаксиальных гетероструктур GaAs:Si/GaAs(100) отсутствует люминесценция от эпитаксиального GaAs, в то время как у гетероструктур AlxGa1-xAs:Si/GaAs(100) не наблюдалась полоса эмиссии от твердого раствора AlxGa1-xAs. Сообщается, что при образовании четверного твердого раствора (AlxGa1-xAs)1-ySiy возможно образование глубоких уровней в запрещенной зоне и расположенных ниже потолка зоны проводимости на величину порядка 500 meV, что согласуется с нашими экспериментальными данными (рис. 5,d).
В з3.3.6 на основании комплексного анализа высоколегированных гетероструктур сделано заключение, что высокий уровень легирования кремнием должен был привести к повышенной концентрации носителей ~1020 см-3, в отличие от того, что показали Холловские измерения (~1018 см-3). Такие значительные отклонения от ожидаемых величин с учетом заметных отклонений параметра решетки от обобщенного закона Вегарда (9) свидетельствуют об образовании глубоких уровней, обусловленных сложными дефектами и комплексами, возникающими в результате образования тройных и четверных твердых растворов с кремнием.
Введением кремния в эпитаксиальные слои гетероструктур AlxGa1-xAs:Si/GaAs(100) можно добиться полного согласования параметров кристаллических решеток пленки с подложкой a=0 в условиях выполнения обобщенного закона Вегарда (9) для четверного ТР (AlxGa1-xAs)1-ySiy.
В з3.4 изложены результаты исследованиях низкотемпературных высоколегированных углеродом гетероструктур AlxGa1-xAs:C/GaAs(100).
Результаты рентгеновской дифракции, приведенные в з3.4.1 показали, что твердые растворы AlxGa1-xAs:C, полученные методом и выращенные при пониженной температуре имеют параметр решетки меньше, чем у GaAs, что противоречит общеизвестному для системы AlAs - GaAs закону Вегарда (рис. 9,а). Анализ полученных указывает на отличающееся от стандартного неупорядоченного твердого раствора заполнение металлической и неметаллической подрешеток основными атомами в низхкотемпературных эпитаксиальных слоях AlxGa1-xAs:C.
Эти данные, полученные рентгеновской дифракцией, подтверждаются и методами Рамановской и ИК-спектроскопии, приведенными в з3.4.2-з3.4.3, исходя из данных о частотах и интенсивностях TO и LO фононов основных мод (рис. 9,b).
Сообщается, что экспериментальные данные указывают, что акцепторная присутствует углерода в пленках низкотемпературных твердых растворов AlxGa1-xAs в довольно высокой концентрации, поскольку значительное уменьшение параметров и сжатие Рис.9,a Профили (600) Рис.9,b Экспериментальные кристаллической рентгеновской дифракции спектры Рамановского рассеяния решетки GaAs:C и от низкотемпературных низкотемпературных AlxGa1-xAs:C при гетероструктур (AlxGa1гетероструктур(AlxGa1-xAs)1- больших концентрацях As)1-yCy/GaAs(100).
x Cy/GaAs(100). На вкладках углерода в y приведены моды колебаний соответствии с кластеров углерода Cclaster.
данными рамановской спектроскопии (рис.
9,b) может происходить при встраивании углерода в решетку с образованием твердых растворов (GaAs)1-yCy и (AlxGa1-xAs)1-yCy.
В з3.4.4 обсуждается появление в спектрах фотолюминесценции низкотемпературных гетероструктур дополнительных эмиссионных полос (рис. 10), смещенных в низкоэнергетическую область, обусловленное переходами, с глубоких акцепторных уровней, а также с возникновением нанокластеров углерода.
Диаграмма энергетических переходов в низкотемпературных гетероструктурах, полученная на основе экспериментальных данных приведена на рис. 11.
Рис. 10. Экспериментальный спектр Рис. 11. Диаграмма энергетических фотолюминесценции низкотемпературной переходов для низкотемпературной гетероструктуры (AlxGa1-xAs)1- гетероструктуры, построенная на Cy/GaAs(100). основании данных фотолюминесценции.
y Стрелками указаны возможные переходы.
В з3.4.5 Показано, что расчет параметров решетки с учетом внутренних напряжений для низкотемпературных эпитаксиальных гетероструктур AlxGa1As:C/GaAs(100) может быть выполнен с учетом обобщенного закона Вегарда для x четверной системы твердых растворов (AlxGa1-xAs)1-yCy, который будет иметь вид:
a(x, y) aAl Ga1 As (1 y) adiamond y x x (13) (5.65325 0.0078x)(1 y) 3.5670y где x - концентрация атомов алюминия, у - концентрация атомов углерода.
Совместное решение уравнений (1) - (3) и (13) позволило не только рассчитать параметры решетки для образцов AlxGa1-xAs:C, но и определить концентрации легирующей акцепторной примеси - углерода. На основе расчетных данных определено, что концентрации углерода, введенного в решетку твердого раствора (AlxGa1-xAs)1-yCy при низкотемпературной МОС-гидридной эпитаксии составляют доли атомного процента, что достаточно для образования твердого раствора замещения, а также образования сложных структурных дефектов.
На основе вышеописанной интерполяционной схемы для закона Вегарда четверного твердого раствора (AlxGa1-xAs)1-yCy по аналогии можем записать зависимость ширины запрещенной зоны от концентрации атомов в ТР - уравнение Куффала:
Eg( Al Ga1 As)1 C EgAl Ga1 As (1 y) Egdiamond y x x y y x x (14) (1.437 1.247x)(1 y) 15.3y Величина ширины запрещенной зоны алмаза Egdiamond=15.3еВ была взята из [5].
Используя уравнение Куффала (14) для (AlxGa1-xAs)1-yCy определены энергии эмиссий Eg соответствующие ширинам запрещенных зон твердых растворов низкотемпературных гетероструктур. Аналогично в соответствии с выражением (14) можем определить энергию эмиссии для тройного твердого раствора (GaAs)1-yCy.
Анализ полученных расчетных и сравнение их с экспериментом позволяет говорить о полном соответствии результатов полученных в эксперименте и расчете, основанном на данных, полученных методами рентгеновской дифракции и фотолюминесцентной спектроскопии, а также правильности выбора интерполяционной схемы для теоретических расчетов.
Также в з3.4.5 обсуждается методика определения оптимальных концентраций углерода, приводящих к полному согласованию параметров кристаллических решеток эпитаксиального слоя с растворенным углеродом и монокристаллической подложкой. Показано, что согласование решеток гетеропары AlxGa1-xAs:C - GaAs в зависимости от концентраций атомов в металлической подрешетке может быть достигнуто за счет введения углеродной примеси с концентрацией:
0.0078x y (15) 2.086где x - концентрация атомов алюминия, у - концентрация атомов углерода.
Основываясь на результатах Рамановской спектроскопии можно достоверно утверждать, что при высоких концентрациях углеродного акцептора атомы последнего концентрируются на дефектах кристаллической решетки твердого раствора (AlxGa1-xAs)1-yCy с образованием нанокластеров углерода. Появление дополнительных эмиссионных полос, смещенных в низкоэнергетическую область, в спектрах фотолюминесценции низкотемпературных гетероструктур на наш взгляд может быть обусловлено переходами, как акцепторных уровней, так и с примесных центров, обусловленных возникновением нанокластеров углерода, концентрирующихся на дефектах кристаллической решетки, что было подтверждено методом Рамановской спектроскопии.
Глава 4 посвящена исследованию гетероструктур на основе тройных и четверных твердых растворов в системе GaInAsP.
В з4.1 представлены результаты исследования влияния условий и кинетики роста на возникновение структурной неустойчивости в эпитаксиальных твердых растворах GaxIn1-xP.
Проблема неустойчивости твердых растворов полупроводниковых соединений GaxIn1-xP особенно в области составов x~0.50 обсуждается в з4.1.3.
Методами рентгеноструктурного анализа в з4.1.1 показано, что возможным оказывается два варианта роста твердых растворов GaxIn1-xP на подложках GaAs (100) с концентрациями x~0.51, что позволяет максимально согласовать параметры кристаллических решеток в гетеропаре. В первом случае пленка GaxIn1-xP растет композиционно устойчивой, т.е. твердые растворы этих образцов не распадаются на компоненты, а параметры решеток монокристаллической подложки и эпитаксиального слоя максимально близки и возникающие напряжения кристаллической решетки малы.
Во втором случае растущие твердые растворы GaxIn1-xP являются композиционно неустойчивыми и распадаются на компоненты (рис. 12). Причем состав компонентов твердого раствора варьируется около x~0.51 и таким образом можно говорить о том, что в твердых растворах образцов происходит как распад эпитаксиального слоя на два состава, так и композиционное расслоение. При этом на поверхности таких образцов наблюдается рельеф в виде статистического распределения неоднородностей - УмикродоменовФ (рис. 12), которые имеют размер около 10-12 и ориентированы вдоль одного направления (см. з4.1.2). Наблюдаемые микродомены могут быть представлены в виде прямоугольных параллелепипедов размерности abc, где a - длина параллелепипеда, b - ширина, c - высота. Из эксперимента найдено, что эти величины находятся между собой в следующем соотношении: b = a / 3 и c = a / 2.
Рис. 12. Профиль (600) рентгеновской дифракции от гетероструктуры GaxIn1P/GaAs(100) с фазой упорядочения Ga2InP3 (слева). Изображения участков x поверхности образца ТР GaxIn1-xP с микродоменами на основе фазу упорядочения Ga2InP3 и их микроанализ (центр). Решетка фазы упорядочения по типу CuPtB (справа).
Сообщается, что в отличие от ТР GaxIn1-xP, состав которых лежит в области x~0.50, микродомены, возникающие на поверхности образца имеют состав Ga0.66In0.34P. Параметр кристаллической решетки доменов a=5.6455 , определенный в соответствии с используемой в диссертации методикой, не совпадает (имеет большую величину) с параметром решетки для неупорядоченного ТР с составом x~0.66. Это возможно лишь в случае возникновения упорядоченных структур Ga2InP3-типа на основе ТР GaxIn1-xP, при чем увеличение параметра кристаллической решетки сверхструктурной фазы по сравнению с неупорядоченным ТР происходит за счет упорядочения атомов в направлении [111]. Доказано, что обнаруженная нами фаза упорядочения Ga2/3In1/3P должна состоять из упорядоченных фаз Ga3In1P4 и GaInP2, а именно из одной ячейки GaInP2 и двух ячеек Ga3In1P4.
Показано, что при этом возникновение упорядоченных структур Ga2InP3 в ТР GaxIn1-xP не нарушает хорошую однородность (планарность роста) пленки и ее пропускной способности.
Определено, что распад эпитаксиального твердого раствора GaxIn1-xP происходит по спинодальному механизму с образованием на поверхности эпитаксиального слоя распределения выделяющихся фаз (доменов), которые отличаются от основной фазы - твердого раствора только концентрацией и параметром решетки, вследствие чего появляются сателлиты основных рентгеновских рефлексов, соответствующих однофазной структуре.
Отмечено, что распад эпитаксиального твердого раствора происходит при пониженной температуре роста, в то время как изменение потока фосфина (источника фосфора) влияет лишь на изменение состава твердого раствора.
В з4.2 приведены результаты экспериментальных исследований эпитаксиальных гетероструктур Ga0.49In0.51P/GaAs(100), Ga0.48In0.52P:Dy/GaAs(100), Ga0.49In0.51P:Dy/por-GaAs/GaAs(100), полученных методом жидкофазной эпитаксии.
Методами рентгеновской дифракции, электронной микроскопии" (рис. 13), а также ИК-спектроскопии с проведением дисперсионного анализа в модели "пленка - подложка (рис. 14) показано, что в жидкофазных гетероструктурах GaxIn1-xP:Dy/GaAs(100) легирование твердого раствора атомами диспрозия (nDy~1016 cm-3) приводит к локализации состава и очищению от дефектов атомами диспрозия, в результате чего полуширина дифракционной линии (600) от эпитаксиального слоя уменьшается в три раза (=0.090).
Введение дополнительного пористого слоя в гетероструктуру GaxIn1-xP:Dy/porGaAs/GaAs(100) в качестве буферного (рис. 13) приводит к практически полному снятию напряжений между пленкой и подложкой, несмотря на значительное рассогласование параметров между ними m=0,0019. Результаты исследований сколов методом электронной микроскопии показали, что в буферном пористом слое GaAs образца GaxIn1P:Dy/por-GaAs/GaAs(100) наблюдается неоднородное распределение пор по размерам.
x Остаточные внутренние напряжения, вызванные различием параметров решетки поверхностного слоя тройного твердого раствора GaxIn1-xP и монокристаллической подложки GaAs, перераспределяются в пористый слой, который выступает в роли своеобразной УгубкиФ и полностью снимает остаточные внутренние напряжения.
Рис.13. Изображение, полученное при помощи сканирующего электронного микроскопа, поперечного скола образцов гетероструктур GaInP:Dy/GaAs (слева) и GaInP:Dy/ por -GaAs /GaAs(100) (справа).
Рис. 14. ИК-спектры отражения гетероструктур:
1- GaAs:Sn(100); 2- Ga0,49In0,51P/GaAs(100);
3- Ga0,49In0,51P:Dy/por GaAs/GaAs(100); 4 - GaAs(100).
В з4.3 сообщается об обнаружении и изучении эффекта упорядочения в системе метаморфных эпитаксиальных твердых растворов InxGa1-xAs. Сообщается о высокой перспективности таких гетероструктур, которая связана, в первую очередь, с высокой транспортной подвижностью электронов и их оптическими фотолюминесцентными свойствами В з4.3.1 методами рентгеноструктурного анализа проводится определение биаксиальной деформации пленок InxGa1-xAs методом рентгеновской дифракции с последующим расчетом коэффициента деформации твердого раствора и энергии деформации, приходящейся на единицу объема. Показано, что при росте метаморфического твердого раствора происходит частичная релаксации деформации. Таким образом, обе компоненты параметра несоответствия (a/a),|| для параллельной и перепендикулярной составляющей параметра кристаллической решетки отличны от нуля (af||aS) и их точное определение необходимо для расчета степени деформации и параметра решетки слоя в ненапряженном состоянии. Для этого предлагается использовать метод, основанный на асимметричных брэгговских рефлексах.
На основе полученных данных определены зависимости параметра кристаллической решетки метаморфных эпитаксиальных твердых растворов InxGa1As от концентрации и условий роста, коэффициенты релаксации твердого раствора x InxGa1-xAs, а также рассчитана энергия деформации, приходящаяся на единицу площади.
Обсуждается появление на дифрактограмме твердого раствора InxGa1-xAs от концентрацией x=0.48 и полученного при пониженной температуре роста (Tp=5С) дополнительного дифракционного максимума. Сделано предположение, что появление дополнительных дифракционных максимумов от однородного твердого раствора при концентрациях замещающих атомов, близким к половинным, возможно в следствие возникновения явления спонтанного упорядочения, т.е.
формирования в твердом растворе InxGa1-xAs (рис. 15).
Рис. 15. Возникновение сверхструктурной фазы InGaAs2 в системе ТР InxGa1-xAs.
(a) данные рентгеновской дифракции; (b) закон Вегарда для системы InxGa1-xAs и параметр сверхструктурной фазы InGaAs2; (c) участок поверхности эпитаксиального слоя InxGa1-xAs ТР с x=0.48, содержащего фазу упорядочения InGaAs2.
Результаты электронной микроскопии (рис. 15,с) метаморфных слоев InxGa1-xAs, приведенные в з4.3.2 показали, что поверхность гетероструктуры, профиль дифракции (511) которой содержит дополнительную рентгеноструктурную линию, образована не сплошными, а мозаично расположенными блоками. Эти блоки имеют неправильную геометрическую форму и уложены друг на друга в виде пластинок, которые вытянуты в плоскости роста эпитаксиальной пленки InxGa1-xAs.
В з4.3.3 обсуждается спонтанное упорядочение в твердых растворах InxGa1-xAs с концентрацией x~0.50 и выращенных на GaAs(100). Сообщается о возникновении упорядоченных стехиометрических фаз вида AnB4-nC4 или A4BnC4-n. в метаморфном твердом растворе InxGa1-xAs, выращенном на GaAs(100).
Отмечается, что атомы в металлической подрешетке фазы упорядочения должны быть расположены таким образом, чтобы параметр кристаллической решетки в направлении роста был равен параметру неупорядоченного твердого раствора, а параметр в плоскости роста испытывал сжатие вследствие возникновения явления упорядочения в направлении перпендикулярном направлению роста, т.е. в самой плоскости эпитаксиального роста. Коэффициент тетраганольного сжатия в плоскости роста для неизвестной фазы составляет 0.929.
Сделано предположение, что сверхструктурная фаза, образовавшаяся на поверхности эпитаксиального твердого раствора In0.48Ga0.52As, представляет собой соединение InGaAs2-типа с упорядоченным послойным расположением атомов Ga и In в металлической подрешетке в плоскости роста эпитаксиальной пленки и градиентом по концентрации атомов индия и галлия в металлической подрешетке, а ее элементарная ячейка сверхструктурной фазы состоит из 10 элементарных ячеек типа сфалерита c параметрами элементарной ячейки а=5.8534 и а=4.8301 (рис. 15) в которых атомы In и Ga в металлической подрешетке расположены упорядоченно. Показано, что образование сверхструктурной фазы InGaAs2 не влияет на планарность эпитаксиальных слоев InxGa1-xAs, о чем свидетельствуют одинаковые параметры кристаллической решетки в направлении роста у сверхструктуры и неупорядоченного твердого раствора.
В з4.4 представлены данные по изучению многослойных гетероструктур AlInAs/InAs/AlInAs и InGaAs/GaAs/InGaAs с InAs и GaAs погруженными слоями, а также AlInAs/InGaAs/GaAs/InGaAs/AlInAs с w-канавками (InGaAs/GaAs/InGaAs), получеными методом MOVPE на подложках InP (100) Исследование таких систем методами рентгеновской дифракции, с использованием штатных рентгеновских дифрактометров является не всегда эффективным, поскольку толщины эпитаксиальных слоев в многослойных гетеролазерах составляют десятые доли микрометра, а толщины погруженных и того меньше - единицы параметров решетки в направлении роста, однако изучение тонких решеточных свойств и оценка структурного качества эпитаксиальных пленок могут быть выполнены по средством метода инфракрасной оптической колебательной спектроскопии, позволяющей судить не только о составе твердого раствора гетероструктуры, но и о внутренних напряжениях в его решетке, к которым данный метод является очень чувствительным.
Оценены на основании результатов дисперсионного анализа ИК- решеточных спектров отражения от многослойных гетероструктур и основываясь на теории упругости [10] относительные напряжения, возникающие в слоях, окружающих погруженные, при изменении числа монослоев, из которых формируются квантовые точки, а также при изменении толщины самих слоев окружающих погруженные.
В Главе 5 представлены результаты исследования процессов эпитаксиального осаждения и свойств четверных твердых растворов InxGa1-xAsyP1-y и сообщается об обнаружении и изучении эффекта возникновения периодической доменной структуры в эпитаксиальных пленках, выращенных на GaAs(100). Сообщается, что это явление представляет интерес как с точки зрения изучения явления несмешиваемости, наблюдаемого в этой системе твердых растворов и требующего дополнительного изучения и описания, поскольку в литературе остается ряд противоречий и открытых вопросов, особенно в области структурных исследований.
Такие исследования необходимы для более глубокого понимания интересного и малоизученного физического явления, а также для сопоставления экспериментальных и теоретических результатов. Рассматривается идея о практическом использовании распада четверных твердых растворов с целью получения нано- и микрообъектов.
В з5.1 и з5.2 проводятся морфологические и рентгеноструктурные исследования эпитаксиальных гетероструктур InxGa1-xAsyP1-y/GaInP/GaAs (100) и GaInP/InxGa1AsyP1-y/GaInP/GaAs (100).
x Результаты дифрактометрических исследований (рис. 16), приведенные в з4.5.1. По данным рентгеноструктурного анализа в структуре трехслойных образцов с заращенным слоем четверного твердого раствора InxGa1-xAsyP1-y присутствует дополнительная фаза.
В з5.2 сообщается об обнаружении на поверхности образцов с тройным эпитаксиальным слоем рельефа в виде неоднородностей - Уквазиупорядоченных микродоменовФ, которые имеют размер около 20 -25 m и ориентированы вдоль направления [110] (рис. 17).
Рис. 16. Профили (600) рентгеновской дифракции трехслойных гетероструктур с заращенным слоем четверного твердого раствора InxGa1-xAsyP1-y с дополнительной фазой.
Отмечено, что по данным сканирующей зондовой микроскопии в атомносиловом режиме - УмикродоменыФ представляют собой образования с поперечной слоистой наноструктурой, а их параметры находятся в следующем соотношении: b = a / 3 и c = a / 2 (a - длина, b - ширина, c - высота). Кроме того, на поверхности обнаружено множество доменов наноразмерного масштаба, которые могут объединяться в микродомены.
Рис. 17. АСМ (a,b) и РЭМ (с) изображения участка поверхности гетероструктуры GaxIn1-xP/GaxIn1-xAsyP1-y/GaxIn1-xP /GaAs(100) с доменной сеткой.
з5.3 посвящен экспериментальному изучению фотолюминесцентных свойств эпитаксиальных пленок с слоями InxGa1-xAsyP1-y (рис. 18). Сообщается, что спектры фотолюминесценции образцов гетероструктур c доменной структурой на поверхности содержат дополнительную широкую эмиссионную полосу предположительно от поверхностных доменов.
Составы квазиупорядоченных доменов, образующихся при спинодальном распаде эпитаксиальных четверных твердых растворов GaxIn1-xAsyP1-y определены в з4.5.4 на основании теории упругости для кристаллической решетки, закона Вегарда (15) aGa In1 AsyP1 5.8687 x (0.4182) y (0.1896) x y (0.01315) (15) x x y и уравнения Куфала (16) Eg GaxIn1xAsyP1 1.35 0.668x 1.068y 0.758x2 0.078yy (16) 0.069xy 0.332x2 y 0.03xyРис. 18. Спектры фотолюминесценции Рис. 19. Диаграмма составов x - y для In1GaxAsyP1-y при 300К. Сплошные линии гетероструктур x соответствуют изоэнергетическим составам.
GaxIn1-xP/GaxIn1-xAsyP1-y/GaxIn1-xP Пунктирные линии соответствуют /GaAs(100), в которых произошел изопериодическим составам. Заштрихованные спинодальный распад погруженного участки на изопериодических с GaAs и InP эпитаксиального слоя GaxIn1-xAsyP1-y.
прямых показывают область несмешиваемости твердых растворов.
При определении составов четверных твердых растворов GaxIn1-xAsyP1-y учитывалось, что InP, InAs и GaAs являются прямозонными полупроводниками, а GaP является непрямозонным.
Доказано, что максимумы фотолюминесценции доменов, возникающих на основе четверных твердых растворов при разных составах доменов имеют близкие энергетические значения из-за того, что лежат вблизи одной изоэнергетической линии (рис. 19).
Показано, что основанный на соотношениях (1)-(3), (15)-(16) подбор технологических параметров жидкофазного роста, позволяет получать практически согласованные по параметру гетероструктуры, в следствие чего параметр решетки каждого верхнего слоя релаксирует к параметру нижнего. Отмечается, что возникновение мелкомасштабной доменной структуры обусловлено наличием напряжений внутри четверного слоя, а эти напряжения вызваны модуляцией состава твердого раствора, возникающей в результате спинодального распада УпогруженногоФ четверного твердого раствора In1-xGaxAsyP1-y по причине несмешиваемости его компонентов и релаксации параметра его кристаллической решетки к окружающим слоям.
В заключении дано обобщение основных научных результатов, полученных при проведении данной работы, и представлены данные о личном вкладе соискателя в выполнении диссертационной работы.
Основные результаты и выводы работы Таким образом, на основании полученных в диссертационной работе данных удалось показать, что спонтанное возникновение квазипериодически упорядоченных структур в эпитаксиальных пленках полупроводников A3B5 обусловлено процессами самоорганизации в результате распадов ТР при x~0.50. Спонтанное упорядочение наноструктур позволяет получать включения доменов с отличными от матрицы составами и шириной запрещенной зоны. Явление спонтанного квазиупорядочения в гетероструктурах создает основу для новой технологии получения упорядоченных массивов неоднородностей, перспективных для использования в опто- и микроэлектронике нового поколения.
Получены следующие результаты и выводы:
1. На основании данных комплексного исследования дифрактометрическими, спектроскопическими методами (ИК, Рамановской и фотолюминесцентной спектроскопией) и микроскопическими методами (атомно-силовой и растровой электронной микроскопией) установлены закономерности возникновения сверхструктурных фаз упорядочения в эпитаксиальных тройных ТР полупроводников A3B5 при половинном замещении в металлической подрешетке.
2. Показано, что в эпитаксиальных гетероструктурах AlxGa1-xAs/GaAs (100), полученных химическим осаждением из газовой фазы металлорганических соединений и гидридов (МОСГФЭ), при х~0.50 может возникать структурная неустойчивость с образованием сверхструктурной фазы упорядочения, являющейся химическим соединением AlGaAs2, с параметрами а||=5.6532 , с=2а=2*5.646=11.292 ; Установлено, что области сверхструктурной фазы упорядочения AlGaAs2 проявляются в виде упорядоченного нанорельефа с периодом ~ 115 нм, кратным параметру слоистой тетрагональной фазы AlGaAs2 с=1.13 нм.
Нанорельеф обусловлен образованием доменов (AlGaAs2) и антидоменов (GaAlAs2), сгруппированных в чередующиеся полосы, расположенные под углом 80 < 90 в виде УпаркетаФ.
3. Доказано, что фотолюминесценция от сверхструктурной фазы упорядочения AlGaAs2 представляет собой эмиссионную полосу с энергией 2.17еВ, интенсивность которой сравнима с интенсивностью эмиссии от неупорядоченного твердого раствора Al0.50Ga0.50As.
4. Рост эпитаксиальных гетероструктур GaxIn1-xP/GaAs(100) с x~0.50 при пониженной температуре T~600OC и увеличенном потоке фосфина приводит к образованию доменов на основе фазы упорядочения Ga2InP3, квазипериодически распределенных в матрице ТР Ga0.50In0.50P. При этом параметр решетки a=5.6460 фазы упорядочения Ga2InP3 и параметр решетки неупорядоченного твердого раствора Ga0.54In0.66P a=5.6451 , который является матрицей для роста доменной сетки практически совпадают, что подтверждает утверждение о хорошей планарности эпитаксиальных пленок.
5. Установлено, что рост метаморфных твердых растворов InxGa1-xAs на подложках GaAs(100) методом MOCVD может сопровождаться образованием сверхструктурной фазы InGaAs2 типа Layered Thetragonal c параметрами элементарной ячейки а=5.8534 и а=4.8301 .
6. Особенностью эпитаксиального роста гетероструктур с ТР GaxIn1-xAsyP1-y является возникновение неустойчивости четверного твердого раствора в области несмешиваемости в следствие его спинодального распада, с образованием субструктуры из квазиупорядоченных доменов, представляющих собой слоистую поперечную наноструктуру с параметрами b = a/3 и c = a/2 (a - длина, b - ширина, c - высота). Показано, что в результате образования возникает дополнительная длинноволновая полоса с энергией Eg=1.65эВ и интенсивностью сопоставимой с основной полосой фотолюминесценции от четверного ТР GaxIn1-xAsyP1-y.
7. Доказано, что составы доменов, образующихся при распаде эпитаксиальных четверных твердых растворов GaxIn1-xAsyP1-y могут быть определены на основании закона Вегарда и уравнения Куфала. Максимумы фотолюминесценции доменов различных составов, в матрице трехслойных гетероструктур с четверными ТР могут иметь близкие значения из-за расположения вблизи одной изоэнергетической линии диаграммы составов четверных ТР.
8. Определены условия полного согласования параметров кристаллических решеток эпитаксиальных твердых растворов AlxGa1-xAs с подложкой GaAs(100) в результате образования четверных твердых растворов (AlxGa1-xAs)1-ySiy и (AlxGa1-xAs)1-yCy при легирования высокими концентрациями кремния или автолегировании углеродом.
Изученные в работе явления присущи низкоразмерным полупроводниковым гетероструктурам на основе материалов с алмазоподобной структурой, но могут быть свойственны низкоразмерным системам с более сложной кристаллической структурой.
Обобщая полученные результаты, можно сформулировать круг наблюдаемых явлений и фундаментальных закономерностей присущих возникновению сверхструктурных фаз упорядочения в тройных и четверных системах на основе эпитаксиальных полупроводниковых твердых растворов A3B5:
возникновение структурной неустойчивости с образованием сверхструктурных фаз упорядочения при х~0.50;
появление областей сверхструктурных фаз упорядочения в виде нанорельефа или квазипериодической доменной структуры на поверхности эпитаксиального твердого раствора в следствии его спинодального распада;
оптические спектры твердых растворов с структурными неоднородностями качественно отличаются от спектров неупорядоченных твердых растворов появлением дополнительной полосы фотолюминесценции.
Список цитированной литературы:
1. Ayers John E. Heteroepitaxy of semiconductors: theory, growth, and characterization.
Taylor & Francis Group, LLC, 2007. 480 р.
2. Zhou D., Usher B.F. Deviation of the AlGaAs lattice constant from Vegard's law // J.
Phys. D: Appl. Phys. 2001. Vol. 34. P.1461-1465.
3. Verleur H.W. Determination of optical constants from reflectance or transmittance measurements on bulk crystals or thin films // JOSA. 1968. Vol. 58. P.1356.
4. Водопьянов Л.К., Козырев С.П., Садофьев Ю.Г. Решеточная ИК-спектроскопия эпитаксиальных слоев Zn1-xCdxSe, выращенных на подложке GaAs методом молекулярно-лучевой эпитаксии // Физика твердого тела. 1999. T.41, Вып. 6. С.
982.
5. Goldberg Yu.A. Handbook Series on Semiconductor Parameters: in 2 vol. Vol. 2 / ed.
by M. Levinshtein, S. Rumyantsev and M. Shur. - London: World Scientific, 1999.
232 p.
6. Laref S., et al. First-principle calculations of electronic and positronic properties of AlGaAs2 // Physica B. 2007. Vol. 396. P.169Ц176.
7. Сато. Х. Применение метода эпитаксиальных пленок для изучения электронной структуры некоторых сплавов // Монокристаллические пленки / под. ред. З.Г.
Пинскера. М.: Мир, 1966. C. 371-390.
8. Пуле А., Матье Ж.-П. Колебательные спектры и симметрия кристаллов: пер. с франц. / под ред. Г.Н. Жижина. М.: Мир, 1973. 437 с.
9. Wei Su-Huai, Zunger A. Band gaps and spin-orbit splitting of ordered and disordered AlGaAs and GaAsSb alloys // Phys. Rev. B. 1989. Vol. 39. P. 3279Ц3304.
10. Harrison W. A. Electronic Structure and the Properties of Solids: The Physics of the Chemical Bond. San Francisco, 1980. 576 p.
11. Wolverson D., et al. Lattice dynamics and elastic properties of zincblende MgS // Phys. Rev. B. 2001. Vol. 64. P. 113203.
Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:
1. Середин, П.В. Цифровое представление информации при рентгенографической регистрации рентгенограмм / П.В. Середин // Конденсированные среды и межфазные границы. - 2003. - Т. 5, №1. - С. 112-115.
2. Середин, П.В. Закон Вегарда и сверхструктурная фаза AlGaAs2 в эпитаксиальных гетероструктурах AlxGa1-xAs/GaAs (100) / Э.П. Домашевская, П.В. Середин, Э.А.
Долгополова [и др.] // Физика и техника полупроводников. - 2005. - Вып. 3. - С. 354360.
3. Середин, П.В. ИК-спектры отражения и морфология поверхности эпитаксиальных гетероструктур AlxGa1-x As/GaAs(100) c фазой упорядочения AlGaAs2 / Э.П. Домашевская, П.В. Середин, А. Н. Лукин [и др.] // Полупроводниковые гетерострукруры: сб. науч. тр. - Воронеж, 2005. - С. 34.
4. Середин, П.В. Структурные и спектральные характеристики эпитаксиальных гетероструктур AlxGa1-xAs/GaAs (100) выращенных методом жидкофазной эпитаксии / Э.П. Домашевская, П.В. Середин, К.С. Борщев [и др.] // Конденсированные среды и межфазные границы. - 2005. - Т.7, № 3. - С. 291-295.
5. Середин, П.В. ИК-спектры отражения и морфология поверхности эпитаксиальных гетероструктур AlxGa1-xAs/GaAs(100) с фазой упорядочения AlGaAs2 / Э.П. Домашевская, П.В. Середин, А.Н. Лукин [и др.] // Физика и техника полупроводников. - 2006. - Т. 40, вып.4. - С. 411-418.
6. Seredin, P.V. XRD, AFM and IR investigation of ordered AlGaAs2 phase in epitaxial AlxGa1-xAs/GaAs (100) Heterostructures / E.P. Domashevskaya, P.V. Seredin, А.N Lukin [et al.] // Surface and Interface Analysis. - 2006. - vol. 8, I. 4. - P. 828 - 832.
7. Середин, П.В. Экспериментальное исследование и математическое моделирование процессов однофононного резонанса в соединениях A3B5 / П.В.
Середин, Ю.А. Анцупова, А.Н. Лукин // Вестник физико-математического факультета Елецкого гос. ун-та им. И.А. Бунина. - 2006. - Вып. 1. - С. 211-214.
8. Середин, П.В. Масштабированный нано- и микрорельеф областей упорядочения в эпитаксиальных гетероструктурах AlxGa1-xAs/GaAs (100) / Э.П. Домашевская, П.В.
Середин, Э.П. Домашевская [и др.] // Поверхность: Рентгеновские и синхротронные спектры. - 2008. - № 2. - С. 62-65.
9. Seredin, P.V. Investigations of porous InP properties by XRD, IR, USXES, XANES and PL techniques / E.P. Domashevskaya [et al.] // Materials Science and Engineering B - 2008. - N 147. - P. 144-147.
10. Середин, П.В. Исследования пористого InP методами рентгеновской дифракции, ИК-спектроскопии, USXES, XANES AND PL / Э.П. Домашевская, В.М. Кашкаров, В.А. Терехов [и др.] // Известия РАН. Серия физическая. - 2008. - Т. 72, № 4. - C.
470-473.
11. Середин, П.В. ИК-спектры отражения многослойных эпитаксиальных гетероструктур с погруженными слоями InAs и GaAs / П.В. Середин, Э.П.
Домашевская, А.Н. Лукин [и др.] // Физика и техника полупроводников. - 2008. - Т.
42, № 9. - С. 1072-1078.
12. Середин, П.В. Состав и параметры доменов, образующихся в результате спинодального распада четверных твердых растворов в эпитаксиальных гетероструктурах GaInP/GaxIn1-xAsyP1-y/GaInP/ GaAs(001) / Э.П. Домашевская, Н.Н.
Гордиенко, П.В. Середин [и др.] // Физика и техника полупроводников. - 2008. - Т.
42, № 9. - C. 1086-1093.
13. Середин, П.В. Влияние буферного пористого слоя GaAs и легирования диспрозием в гетероструктурах GaInP:Dy/por-GaAs/GaAs(100) / П.В. Середин, Э.П.
Домашевская, Н.Н. Гордиенко [и др.] // Вестник Воронеж. гос. ун-та. Серия: Физика.
Математика. - 2008. - № 1. - С. 88-92.
14. Середин, П.В. Влияние технологических параметров на элементный состав и согласование параметров в эпитаксиальных тройных твердых растворах гетероструктур GaxIn1-xP/GaAs(100) / В.Е. Руднева, В.Е. Руднева, П.В. Середин [и др.] // Вестник Воронеж. гос. ун-та. Серия: Физика. Математика. - 2008. - № 1. - С.
81-87.
15. Seredin, P.V. Role of the buffer porous layer and dysprosium doping in GaInP:Dy/por-GaAs/GaAs(100) heterostructures / P.V. Seredin, E.P. Domashevskaya, I.N.
Arsentyev [et al.] // Phys. Status Solidi C. - 2009. - V. 6, N 7. - P. 1694 - 1696.
16. Середин, П.В. Фазообразование под воздействием спинодального распада в эпитаксиальных твердых растворах гетероструктур GaxIn1-xP/GaAs(100) / П.В.
Середин, А.В. Глотов, Э.П. Домашевскaя [и др.] // Физика и техника полупроводников. - 2009. - Т. 43, № 9. - С. 1261-1266.
17. Середин, П.В. Влияние буферного пористого слоя и легирования диспрозием на внутренние напряжения в гетероструктурах GaInP:Dy/por-GaAs/GaAs(100) / П.В.
Середин, Э.П. Домашевская, Н.Н. Гордиенко [и др.] // Физика и техника полупроводников. - 2009. - Т. 43, № 8. - С. 1137 - 1141.
18. Seredin, P.V. Role of the buffer porous layer and dysprosium doping in GaInP:Dy/por-GaAs/GaAs(100) heterostructures / P.V. Seredin, E.P. Domashevskaya, A.N. Lukin [et al.] // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2009. - Т.8/2. - P. 366-368.
19. Середин, П.В. Структурные и оптические свойства низкотемпературных МОСгидридных гетероструктур AlGaAs/GaAs(100) на основе твердых растворов вычитания / П.В. Середин, А.В. Глотов, Э.П. Домашевскaя [и др.] // Физика и техника полупроводников. - 2009. - T. 43, № 12. - C. 1654-1661.
20. Середин, П.В. Структурные и оптические свойства эпитаксиальных твердых растворов при спинодальном распаде в гетероструктурах AlxGa1-xAs/GaAs(100) и GaxIn1-xP/GaAs(100) / П.В. Середин // Известия высших учебных заведений. Физика.
- 2009. - Т.12/3.
21. Seredin, P.V. Raman investigation of low temperature AlGaAs/GaAs(100) heterostructures / P.V. Seredin, A.V. Glotov, E.P. Domashevskaya // Physica B:
Condensed Matter. - 2010. - V.405, I.12. - P. 2694Ц2696.
22. Seredin, P.V. Raman and Photoluminescence spectroscopy of low temperature AlGaAs/GaAs(100) heterostructures. / P.V. Seredin, A.V. Glotov, E.P. Domashevskaya [et al.] // Конденсированные среды и межфазные границы. - 2009. - Т. 11, № 2. - С. 95Ч 100.
23. Середин, П.В. Субструктура и люминесценция низкотемпературных гетероструктур AlGaAs/GaAs(100) / П.В. Середин, А.В. Глотов, Э.П. Домашевская [и др.] // Физика и техника полупроводников. - 2010. ЦТ. 44, № 2. - С. 194-199.
24. Середин, П.В. Релаксация параметров кристаллической решетки и структурное упорядочение в эпитаксиальных твердых растворах InxGa1-xAs / П.В. Середин, А.В.
Глотов, Э.П. Домашевская [и др.] // Физика и техника полупроводников. - 2010. - Т.
44, № 8. - С. 1140-1146.
25. Seredin, P.V. XRD and Raman Study of Low Temperature AlGaAs/GaAs(100) Heterostructures / P.V. Seredin, A.V. Glotov, E.P. Domashevskaya [et al.] // Springer Advanced Materials and Technologies for Micro/Nano-Devices, Sensors and Actuators Series (NATO Science for Peace and Security Series Subseries: NATO Science for Peace and Security Series B: Physics and Biophysics) / ed. by E. Gusev, E. Garfunkel. - Springer: Dordrecht, 2010. - P.225-236.
26. Середин, П.В. Спинодальный распад в эпитаксиальных твердых растворахгетероструктур AlxGa1-xAs/ GaAs(100) и GaxIn1xP/GaAs(100) / П.В. Середин // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2009. - Т. 11, №3. - С.46-52.
27. Середин, П.В. Эпитаксиальные гетероструктуры AlxGa1-xAs/GaAs(100), полученные методом МОС-гидридной эпитаксии, с высокой степенью легированния твердого раствора кремнием / П.В. Середин // Конденсированные среды и межфазные границы. - 2010. - Т. 12. № 3. - С. 258-267.
28. Seredin, P.V. Structural and optical investigations of AlxGa1-xAs:Si/GaAs(100) MOCVD heterostructures / P.V. Seredin, A.V. Glotov, E.P. Domashevskaya [et al.] // Physica B: Condensed Matter. - 2011. - V.405, I.22. - P. 4607Ц4614.
29. Середин, П.В. Влияние кремния на релаксацию кристаллической решетки в гетероструктурах AlxGa1-xAs: Si/GaAs(100), полученных МОС-гидридным методом / П.В.Середин, А.В. Глотов, В.Е. Терновая [и др.] // ФТП. - 2011. - Т. 45, № 4. - С.
488-499.
30. Середин, П.В. Спинодальный распад четверных твердых растворов GaxIn1-xAsyP1/ П.В. Середин, А.В. Глотов, В.Е. Терновая, Э.П. Домашевская [и др.] // Физика и y техника полупроводников. - 2011. ЦТ. 45, № 11. - Р. 1489-1497.
31. Середин П.В. Структурные и спектральные особенности МОС-гидридных твердых растворов AlxGayIn1ЦxЦyAszP1Цz /GaAs(100) / П.В. Середин, А.В. Глотов, Э.П.
Домашевская [и др.] // Физика и техника полупроводников, - 2012. - Т. 46, вып. 6. - С. 739-751.
Работы [2, 4-6, 8-12, 15-21, 23-31] опубликованы в периодических изданиях рекомендованных ВАК
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по физике