Elektronika 2009-05.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych ...

Szczególnie tlen ma bardzo destrukcyjny wpływ na optycznewłasności warstw i ich przydatność do wykorzystania w przyrządach.Następnym zagadnieniem jest niskie ciśnienie parnasyconych antymonu. Jeśli tylko na powierzchni wzrostu wystąpinadmiar atomów antymonu względem atomów grupy IIIdochodzi do pojawiania się krystalitów antymonowych na powierzchniwarstwy. Należy też pamiętać, że odwrotna sytuacjaprowadzi do wystąpienia wytrąceń grupy III (na przykładgalowych). W efekcie nie można zastosować warunków silnegonadmiaru grupy V z ilorazem ciśnień cząstkowych V/IIIrzędu kilkuset, jak to ma miejsce w arsenkach, fosforkach lubazotkach. Konieczne jest ścisłe kontrolowanie ilorazu V/IIIi utrzymywanie go w okolicy jedności.Ważną kwestią jest konieczność stosowania niskich temperaturwzrostu, wynikająca z niskich temperatur topnienia.Typowa temperatura reaktora wynosi ok. 550°C i jest niższaod 650...700°C stosowanych we wzroście innych materiałówIII-V. W takiej temperaturze prekursory nie ulegają jeszczepełnej pirolizie i proces wzrostu, zamiast limitowanego dyfuzyjniestaje się limitowanym kinetycznie, czyli reakcjami chemicznymizachodzącymi na powierzchni i w bezpośrednimpobliżu powierzchni. Skutkiem takiej sytuacji jest wysokawrażliwość procesu na parametry, których niewielkie zmianysą zwykle w MOCVD nieistotne, a szczególnie pojawia sięsilna zależność od temperatury.Wszystkie wymienione problemy powodują, że zastosowanieepitaksji MOCVD do otrzymywania antymonków jesttrudniejsze i sukcesy w tej dziedzinie pojawiają się później niżw technologii MBE tych materiałów. W dziedzinie zastosowańoptoelektronicznych w postaci laserów półprzewodnikowych,największą barierą okazał się wysoki poziom zanieczyszczeniatlenem. Większość trudności wydaje się jednak możliwado przezwyciężenia i poszukiwanie rozwiązań w postaci naprzykład nowych prekursorów oraz optymalizacji technologiimoże prowadzić do dalszych sukcesów w tym zakresie.GaSb pozwoliła uzyskać warstwy o dobrej jakości morfologiipowierzchni i zadowalających właściwościach strukturalnychpotwierdzonych pomiarem dyfrakcji rentgenowskiej. Badaniapoziomu zanieczyszczeń, wykonane techniką SIMS wykazałydomieszkowanie węglem podniesione o ok. 1,5 rzędu wielkościwzględem wartości w podłożu oraz podniesiony o ok. 2rzędy poziom tlenu. Pomiar fotoluminescencji nie ujawnił sygnałuod warstwy, obecna była tylko emisja od podłoża wpostaci linii ekscytonu związanego na akceptorze oraz liniiprzejścia akceptor-pasmo. Akceptorem jest najprawdopodobniejkompleks: luka galowa - antysite galowy.W przypadku InGaSb/GaSb także otrzymano dobrą morfologiępowierzchni, dopiero warstwy z dużym niedopasowaniem(powyżej 0,3%) ujawniały charakterystyczne liniedyslokacji niedopasowania. Dobrej jakości krystalicznej warstwdowodzi krzywa dyfrakcyjna zamieszczona na rys. 3a. Aby zaobserwowaćpodstawowe przejście radiacyjne w absorpcji wykonanoheterostruktury InGaSb na podłożach z GaAs. Widmaabsorpcyjne próbek o różnej zawartości indu zamieszczonesą na rys. 3b. Spektroskopia absorpcyjna wraz z analizą dyfrakcjirentgenowskiej stanowią dwie metody wyznaczeniaskładu warstw In x Ga 1-x Sb. Porównanie otrzymanych wynikówwykazało zgodność tych metod na poziomie 1% zawartościindu. Do pomiarów elektrycznych wykorzystano te same próbkiInGaSb/GaAs, na których wcześniej zbadano absorpcję.W niedomieszkowanym materiale otrzymano koncentracjędziur rzędu 5E16 cm -3 przy ruchliwości 160 cm 2 /V·s. Stosun-a) b)Eksperyment i wynikiDo otrzymywania warstw wykorzystany został system epitaksjalnyMOCVD AIXTRON 200. Ma on kwarcowy reaktorz halogenowym nagrzewnikiem susceptora, na którymumieszcza się płytkę. Jako prekursory grupy III rutynowo stosowanesą związki metaloorganiczne, w przypadku galu jestto trójmetylekgalu (TMGa), w przypadku indu trójmetylekindu(TMIn). Jako prekursor antymonou zastosowany był takżezwiązek metaloorganiczny trójmetylekantymonu (TMSb), natomiastjako prekursor arsenu wykorzystano tradycyjnie arsenowodór.Gazem nośnym był wodór, który po oczyszczeniuw dyfuzyjnych oczyszczalnikach palladowych spełnia najwyższenormy czystości.Typowe warunki wzrostu warstw GaSb/GaSb odpowiadałytemperaturze 550°C, ciśnieniu 100 mbar oraz całkowitemuprzepływowi gazów ok. 8 l/min. Poważnym problemem okazałosię uniknięcie obecności tlenków na powierzchni wprowadzanegodo reaktora podłoża, trawienie chemiczne przedprocesem okazało się niewystarczające. Dopiero opracowanieodpowiedniej procedury wygrzewania w reaktorze pozwoliłootrzymać odpowiednią powierzchnię gotową doprzeprowadzenia wzrostu. Obraz z mikroskopu optycznegooraz AFM takiej niemal idealnej powierzchni przedstawionyjest odpowiednio na rys. 2a i 2c. Osiągnięto widoczny w AFMwymiar poprzeczny niejednorodności poniżej 2 nm. W przypadkuzastosowania niskiej wartości ilorazu ciśnień cząstkowychV/III obserwowano pojawianie się wytrąceń galowych -rys. 2b. Optymalizacja technologii MOCVD warstw GaSb/c)Rys. 2. Powierzchnia warstwy GaSb/GaSb po optymalizacji przygotowaniapodłoża i procesu epitaksjalnego (a); wytrącenia galowena brzegu płytki z warstwą epitaksjalną MOCVD GaSb/GaSb wykonanąprzy niskiej wartości ilorazu ciśnień cząstkowych V/III równej0,46 (b); analiza AFM wartstwy GaSb/GaSb po optymalizacji (c)Fig. 2. Surface of the GaSb/GaSb layer after substrate preparationand process optimisation (a); gallium precipitates on the edge ofMOCVD GaSb/GaSb epitaxial layer grown under low V/III ratioequal 0.46 (b); AFM analysis of GaSb/GaSb optimised layer (c)50 ELEKTRONIKA 5/2009