УДК 539.219.621 БЛАГИН А. В., ЛУНИНА М.Л, ДРАКА О.Е.
БАРАННИК А.А., СЕВОСТЬЯНОВ А.С.
ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯ
МНОГОСЛОЙНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР InSb<Bi>/InSb и
GaSb<Bi>/GaSb МЕТОДОМ ЖИДКОФАЗНОЙ ЭПИТАКСИИ

Волгодонский институт Южно-Российского государственного
технического университета (Новочеркасского политехнического
института), 347340, Россия, г. Волгодонск, ул. Ленина 73/94

Формирование
многослойных
упругонапряженных
гетерокомпозиций
является
одним
из
эффективных
способов
управляемого воздействия на фундаментальные физические параметры
полупроводниковых материалов, используемых в оптоэлектронике[1].
Толщины эпитаксиальных слоев, образующих такие гетерокомпозиции, не
должны
превышать
предела,
соответствующего
переходу
упругонапряженного состояния в релаксированное с образованием
дислокаций несоответствия и в большинстве случаев лежат в пределах от
единиц до сотен нм.
В настоящее время для получения сверхтонких эпитаксиальных
слоев широко применяются методы газофазной эпитаксии с
использованием металлоорганических соединений, а так же молекулярно-
лучевая эпитаксия. Разработка процессов осаждения сверхтонких слоев из
жидкой фазы сталкивается с рядом серьезных проблем. Тем не менее,
возможности успешного роста таких слоев методом жидкофазной
эпитаксии были продемонстрированы в целом ряде экспериментальных
исследований[2].
Очевидные
перспективы
развития
метода
градиентной
жидкофазной кристаллизации применительно к решению поставленной
задачи сводятся к снижению температур эпитаксиального наращивания,
уменьшению времен роста и ограничению объемов используемой для
эпитаксии жидкой фазы. В основу технологии изготовления многослойных
гетероструктур был положен один из вариантов получения тонких
эпитаксиальных слоев методом жидкостной эпитаксии[3]. Основная его
идея заключается в уменьшении времени контакта переохлажденного
раствора-расплава с подложкой за счет увеличения скорости перемещения
подложки относительно растворов-расплавов в ячейках уменьшенных
размеров.
Суть предложенного технологического подхода заключается в
формировании многослойной гетероструктуры за один процесс

перемещения подложки относительно ячеек с растворами-расплавами, что
обусловливает постоянную скорость перемещения подложки относительно
всех ячеек и, как следствие, одинаковую толщину кантовых ям. Изменение
толщин эпитаксиальных слоев различных составов достигается за счет
изменения размеров ячеек, содержащих растворы-расплавы.
Сверхрешеточные висмутсодержащие структуры, кристаллизуемые
описанным в работе способом, привлекательны в качестве буферных
областей, сглаживающих гетеропереходы в фотодетекторах. Присутствие
висмута в жидкой фазе, как показано в нашей работе [4], обеспечивает
высокую морфологическую стабильность процесса кристаллизации,
снижает степень отклонения твердого раствора от стехиометрии и
позволяет на порядок уменьшить плотность дислокаций в эпитаксиальных
слоях.
Исходя из требований технологического процесса, была
сконструирована графитовая кассета (рис. 1), позволяющая формировать
многослойные структуры, толщиной порядка 100 нм.






Рис. 1. Схема графитовой лодочки для процесса ГЖК
многослойных гетероструктур: 1 - неподвижный корпус кассеты; 2 -
подвижный слайдер; 3 - подложка; 4 - ячейки для волноводных
слоев; 5 - ячейки для растворов-расплавов квантово-размерных
слоев, 6 - нагреватели
Рассматриваемый температурный интервал выбран для подложки
InSb 623-633 K , для подложки GaSb - 896-906 K. Верхняя граница
обусловлена сильным увеличением скорости роста основных и
вспомогательных слоев с повышением температуры эпитаксии и,
следовательно, уменьшением воспроизводимости метода. Нижняя граница
определялась началом процесса кристаллизации. Кроме того, при низких
температурах возможно проявление кинетических ограничений на
поверхности роста, а также ограничений, связанных с расширением
области несмешиваемости в твердой фазе[5]. Выбор температурного
режима осуществлялся путем исследования температур солидус-ликвидус
для каждого отдельного состава с помощью установки визуально-
термического анализа.
Выбор величины начального переохлаждения раствора сводился к
определению
его
минимального
значения,
необходимого
для

предотвращения
подрастворения
подложки
или
предыдущего
эпитаксиального слоя, когерентно сопряженного с растущим. Для составов
твердой фазы, обеспечивающих нужные выходные параметры слоев, эта
величина составляет для системы InSb0,97Bi0,03/InSb Т=13,5÷17 К при
температуре 623-673 К, для системы GaSb0,995Bi0,005/GaSb - Т=9,5÷11,5К
при температуре 896-906 К. Допустимое переохлаждение ограничивается
сверху величиной 18 К для подложки InSb и 12 К для подложки GaSb в
связи с повышением вероятности спонтанной кристаллизации в объеме
раствора, а также большими скоростями роста эпитаксиальных слоев.
Ориентация подложки (111) наиболее устойчива к случайным
флуктуациям условий кристаллизации. При этом обеспечивается малая
нормальная и большая тангенциальная составляющая скорости роста, что
благоприятно сказывается на качестве поверхности упругонапряженных
слоев. Размер подложки в направлении движения растворов (длина
подложки) играет в данном процессе важную роль, поскольку вероятность
возникновения неоднородности распределения выходных параметров
эпитаксиальных слоев наиболее высока именно по длине подложки. В
наших экспериментах использовались подложки длиной 1 см.
Таким образом, описанным в работе способом можно выращивать
многослойные упругонапряженные гетероструктуры InSb1-xBix/InSb и
GaSb1-xBix/GaSb. Данная технология позволяет получать сверхтонкие слои
порядка 100 нм, а также слои заданной толщины, за счет изменения
размеров ячеек, содержащих растворы-расплавы.

[1]. Osborn G.C. // J.Vac. Sci. Technol. 1984. V.2. 2. P. 176.
[2]. Алферов Ж.И., Андреев В.М., Воднев А.А., Конников С.Г.,
Ларионов В.Р., Погребицкий К.Ю., Румянцев В.Д., Хвостиков
В.Д.. Письма ЖТФ, 12, 1089 (1986).
[3]. Алферов Ж.И., Гарбузов Д.З., Арсентьев И.Н., Бер Б.Я.,
Вавилова Л.С., Красовский В.В., Чудинов А.В.. ФТП, 19, 1108
(1985).
[4]. Лозовский В.Н., Лунин Л.С., Благин А.В. Градиентная
жидкофазная кристаллизация многокомпонентных
полупроводниковых материалов. - Ростов-на-Дону: изд-во
СКНЦ, 2003. 386 с.
[5]. Акчурин Р.Х., Сахарова Т.В., Жегалин В.А.// Изв. вузов
Цветные металлы. 1994. Вып. 7. С. 23-27.

Document Outline