Структурные характеристики многослойных гетероструктур на основе A3B5

1.

Воронежский Государственный Университет
Кафедра физики твердого тела и наноструктур
Евсенкова Ольга Евгеньевна
Структурные характеристики многослойных гетероструктур
на основе A3B5
Научный руководитель:
кандидат физ.-мат. наук,
cтарший преподаватель кафедры
физики твердого тела и наноструктур
В.Е. Терновая
Воронеж-2016
1

2.

Актуальность научной работы
Твердые растворы на основе полупроводниковых соединений А3В5 находят широкое
применение в современной электронной технике, интегральной оптике и
оптоэлектронике.
Применение гетероструктур в полупроводниковых лазерах позволяет снизить
пороговые токи и использовать более короткие волны излучения, что повышает
быстродействие, снижает энергопотребление оптоволоконных систем.
Благодаря МОС-гидридной эпитаксии возможно создание высококачественных
гетероструктур в системах типа AlxGa1-xAs/GaAs (100) с хорошо согласующимися
постоянными решетки, которые имеют фактически бездефектные границы раздела.
2

3.

Цель научной работы:
Исследование структурных свойств сложных гетероструктур на
основе твердого раствора AlxGa1-xAs/GaAs (100), уточнение
состава гетероструктур, а также вычисление параметра
решетки твердого раствора с учетом упругих напряжений на
основе исследований метода рентгеновской дифракции.
3

4.

Получение образцов
Гетероструктуры были получены на установке МОС-гидридной эпитаксии EMCORE GS 3/100 в вертикальном
реакторе с высокой скоростью вращения подложкодержателя (1000 об/мин) на подложках GaAs (100) в лаборатории
«Полупроводниковой люминесценции и инжекционных излучателей»
ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН.
Технологические условия выращивания
Подложки GaAs(100) были легированны теллуром ~1018 см-1
Температура эпитаксии составляла 750ºС
Давление в реакторе – 77 Торр
Толщина эпитаксиального слоя твердого раствора ~1 мкм
4

5.

Объекты исследования
МОС-гидридные сложные эпитаксиальные гетероструктуры на
основе A3B5 (были разделены на 3 серии)
Температура роста слоя ≈ 750ºС
Задаваемый состав твердых растворов AlxGa1-хAs (по данным технологии)
Гомоэпитаксиальная структура
Образец 1 и Образец 2
5

6.

Результаты рентгеноструктурного анализа
гомоэпитаксиальной структуры
Рис. 1 Гомоэпитаксиальная структура GaAs/GaAs(100)
6

7.

Результаты рентгеноструктурного анализа образца 1
Рис. 2 Профили рентгеновской дифракции (100) от гетероструктур на основе AlxGa1-хAs для образца 1.
7

8.

Результаты рентгеноструктурного анализа образца 2
Рис. 3 Профили рентгеновской дифракции (100) от гетероструктур на основе AlxGa1-хAs для образца 2.
8

9.

Расчеты параметров решеток твердого раствора
2d hkl sin n
Образец 1
- условие Вульфа-Брэггов
Образец 2
2Θ–угол, соответствующий максимуму дифракции;
Параметр решетки:
Образец 1
Образец 2
1) a (AlGaAs) = 5.6633 Å
1) a (AlGaAs) = 5.6626 Å
2) a (AlGaAs) = 5.6610 Å
2) a (AlGaAs) = 5.6597 Å
3) a (GaAs) = 5.6535 Å
3) a (GaAs) = 5.6528 Å
9

10.

Определение параметров решетки твердых растворов а с учетом
упругих напряжений в приближении линейного закона Вегарда
- коэффициенты Пуассона для эпитаксиальных слоев: AlAs = 0. 255; GaAs = 0.312;
а┴ и а║ - перпендикулярная и параллельная составляющие параметра решетки;
а┴ - экспериментально определяемая величина, соответствующая измеренным величинам d┴.
a - значения параметров решеток с учетом упругих напряжений.
Выражение для параметра решетки твердого раствора AlxGa1-хAs записывается в виде:
ν
α Al
α Al
xGa1 x As
xGa1 x As
ν
aGaAs
1 ( xν AlAs (1 x)νGaAs )
1 ( xν AlAs (1 x)νGaAs )
2( xν AlAs (1 x)νGaAs )
.
1 ( xν AlAs (1 x)νGaAs )
ν AlxGa1 x As xν AlAs (1 x)νGaAs
Изменение постоянной решетки в зависимости от содержания алюминия в твердых растворах AlxGa1-хAs подчиняется
закону Вегарда и имеет вид:
a AlxGa1 x As ( x) aGaAs 0.0078 * x 5.65325 0.0078 * x.
a 1(AlGaAs)= 5.6633
a = 5.6590
х = 0.74
1,2,3-номер пика
Образец 1
Образец 2
a 2 (AlGaAs) = 5.6610 a 3 (GaAs) = 5.6535 a 1 (AlGaAs) = 5.6626
a = 5.6586
a = 5.6576
х = 0.68
х = 0.56
1,2,3-номер пика
a 2 (AlGaAs) = 5.6597 a 3 (GaAs) = 5.6528
a = 5.6568
х = 0.46
10

11.

Результаты рентгеноструктурного анализа по уточнению
состава исследуемых гетероструктур
Образец 1
Технологический состав: Al0.6Ga0.4As/Al0.4Ga0.6As/GaAs
Уточненный состав: Al0.74Ga0.26As/Al0.56Ga0.44As/GaAs
Образец 2
Технологический состав: Al0.6Ga0.4As/Al0.4Ga0.6As/GaAs
Уточненный состав: Al0.68Ga0.32As/Al0.46Ga0.54As/GaAs
11

12.

Выводы по результатам научной работы:
1. Проведено структурное исследование сложных гетероструктур на основе твердого раствора
AlxGa1-xAs/GaAs (100).
2. Данные дифрактометрических исследований МОС-гидридных гетероструктур AlxGa1(100) позволили провести экспериментальное моделирование профиля
xAs/GaAs
дифракции на компонентные составляющие в системах типа AlxGa1-xAs/GaAs (100).
3. Определены угловые значения и интенсивности всех эпитаксиальных структур методикой
разложения дифракционного профиля на структурные компоненты.
4. Рассчитаны основные показатели дифракции: межплоскостное расстояние и параметр
решетки ТР.
5. В соответствии с законом Вегарда и теорией упругости был уточнен состав ТР: для образца
№2 уточненный состав более схож с технологическим составом. Это означает, что для
данного образца технология выращивания эпитаксиальных структур была произведена
лучше. Следовательно, образец №1 не соответствует технологии.
12

13. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!

13