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

Rys. 5. Schemat dwóch typów międzypowierzchni; Ga-As i In-SbFig. 5. Two types of interfaces; Ga-As and In-SbRys. 6. Zdjęcie supersieci InAs/GaInSb uzyskane za pomocą transmisyjnegomikroskopu elektronowegoFig. 6. Transmission electron microscope image of InAs/GaInSbsuperlatticepowierzchni; Ga-As lub In-Sb. Typy te różnią się znacznie długościąwiązań, jak i naprężeniem wprowadzanym do supersieci(rys. 6) [7,8].Ze względu na większą stałą sieci w stosunku do GaSb,międzypowierzchnia In-Sb wprowadza do supersieci naprężenieściskające, podczas gdy międzypowierzchnia Ga-Asindukuje naprężenie rozciągające. Naprężenia występującena międzypowierzchniach muszą być uwzględnione przyokreślaniu całkowitego naprężenia supersieci względem podłożaGaSb.Technologia i charakteryzacja supersieciInAs/GaInSbEpitaksja z wiązek molekularnych MBE jak żadna inna technologiacienkowarstwowa nadaje się do wytwarzania strukturdetektorów na bazie SL II ze związków InAs/Ga(In)Sb. Dziękikrótkim czasom reakcji przesłon komórek efuzyjnych (shutter),strumień molekuł zostaje natychmiast przerwany bądźdostarczony do powierzchni rosnącego kryształu, co nie powodujedegradacji na granicy faz. Pozwala to uzyskać skokowyprofil granic międzyfazowych, a domieszkowanie jestograniczone do pojedynczych cienkich warstw. Procesywzrostu warstw prowadzone są w warunkach ultrawysokiejpróżni, co gwarantuje wysoką czystość materiałów epitaksjalnych.Ze względu na konieczność uzyskania struktur o wysokiejjakości krystalicznej, wytwarza się je na dopasowanymsieciowo podłożu z GaSb. Podłoże to ma jednak dwa znaczącemankamenty. Pierwszy z nich to trudność w oznaczeniutemperatury krystalizacji. Przyczyna tkwi w bardzo silnymefekcie powierzchniowej segregacji Sb. Nawet przy zamkniętejkomórce efuzyjnej Sb nie możliwe jest osiągnięcie powierzchnibogatej w Ga, w związku z tym nie jest możliwewykorzystanie punktu sublimacji do precyzyjnego wyznaczeniawartości temperatury, jak to jest w przypadku klasycznychpodłoży III-V. Drugim problem jest brak podłoży GaSb o właściwościachpółizolujących. Z tego powodu jako warstwę buforastosuje się wysokorezystywny związek poczwórnyAlGaAsSb, który jest dopasowany sieciowo do GaSb [9].O jakości warstwy epitaksjalnej w równej mierze co podłożedecydują komórki efuzyjne pierwiastków wchodzącychw skład sieci krystalicznej warstwy. Szczególnie istotne są komórkipierwiastków grupy V. Preferowane są komórki efuzyjnez zaworem, który jest oddzielnie podgrzewany (cracker cell).W wyniku dodatkowej termalizacji wieloatomowe cząstki pierwiastkówV grupy rozpadają się na mniej złożone dimery lubpojedyncze atomy, co zwiększa efektywność reakcji kinetycznychna powierzchni rosnącego kryształu dając w wynikulepszą jakość krystaliczną materiału. W przypadku antymonui SL II InAs/Ga(In)Sb bogata w monomery atmosfera w komorzereakcyjnej sprzyja redukcji centrów rekombinacji niepromienistejShockley-Reada, które jako jedne z ważnych kanałówrekombinacji decydują o prądach upływności w detektorach.Ponadto przy zastosowaniu komórek z zaworem, obserwujesię słabszą zależność koncentracji Sb w warstwach odtemperatury podłoża. Przy krystalizacji SL, gdzie niezwykleistotna jest stabilność i powtarzalność jest to ważny argumentprzemawiający za zastosowaniem takiego typu komórek efuzyjnych.Nie do przecenienia jest również fakt łatwości zmianywartości strumienia cząstek. W przypadku wzrostu następującychpo sobie warstw, bardzo często istnieje koniecznośćzmiany współczynnika BEP (Beam Equivalent Pressure). Gdystosowane są klasyczne komórki, wiąże się to z regulacjątemperatury i stabilizacją strumienia, co wymaga czasu. Grozito degradacją obszarów przejściowych. Komórka wyposażonaw zawór pozwala na niemalże natychmiastowązmianę strumienia.Przy stosowaniu klasycznych komórek efuzyjnych nawet,gdy dana komórka nie jest używana i przesłona jest zamknięta,następuje ucieczka cząstek pierwiastka i rozprzestrzenianie sięw komorze wzrostu. Oznacza to zwiększanie zanieczyszczeniarosnącej warstwy, ale również zanieczyszczanie materiałówwsadowych. Przy zastosowaniu komórek wyposażonychw zawór, opisana sytuacja nie będzie miała miejsca.Temperatura wzrostu warstw epitaksjalnych jest jednymz kluczowych parametrów technologicznych stosowanychw epitaksji. Optymalną temperaturę wzrostu dla danegourządzenia technologicznego należy określić na drodze eksperymentalnej,jednakże z doniesień literaturowych wiadomo,iż są to niskie wartości: 360...440°C. Optymalną wartość temperaturymożna określić na drodze badań jakości krystalicznejwarstw za pomocą magnetotransportu [9] i fotoluminescencji[10]. Charakterystyczna jest zmiana typu przewodnictwaz elektronowego na dziurowy w miarę zwiększania temperaturywzrostu. Wytwarzanie warstw w temperaturze odpowiadającejwarunkom zmiany typu gwarantuje najmniejsząkoncentrację nośników. Taka zależność jest przedstawionagraficznie na rys. 7.Zauważalna jest też odwrotna termiczna zależność gęstościdyslokacji w warstwach. Gładkość obszarów przejściowychmożliwa jest do uzyskania również w niższychtemperaturach.Przy odpowiednio dobranym w danej temperaturze stosunkustrumieni pierwiastków z V grupy do III, front krystalizacjipowinien być płaskorównoległy. Jakość powierzchni54 ELEKTRONIKA 5/2009