Синтез InAlAs/InP гетероструктур для приборов радиофотоники

Abstract

Гетероэпитаксиальные структуры (ГЭС) InAlAs/InP согласованные по параметрам кристаллической решетки нашли свое применение в современных оптоэлектронных и СВЧ приборах используемых в новом научно-техническом направлении – радиофотоника [1-4]. При создании таких приборов необходимо учитывать характеристики ГЭС. В работе [5] показано, что качество ГЭС влияет на параметры приборов. Для транзисторных структур большое количество дефектов ведет к большим токам утечки, а в случае фотодиодных и лазерных структур к большим темновым токам [6]. В работе представлены условия синтеза эпитаксиальных слоёв InAlAs/InP с плотностью структурных дефектов меньше чем 104 см-2 . Синтез ГЭС проводился методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) на установке Riber Compact-21T на подложках (001)InP в диапазоне температур 450-560℃, в потоке мышьяка, варьирующемся в диапазоне от 10-6 до 6×10-5 Торр. Отношение потока материалов третьей группы (In и Al) подбиралось для получения решеточно-согласованого, с подложкой InP, состава Х = 0.52. Состав ГЭС контролировался методом фотолюминесценции (ФЛ). Морфология поверхности характеризовалась методом атомно-силовой микроскопии (АСМ). Структурный анализ слоев проводился методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). В работе показано, что на согласованных по параметру кристаллической решётки ГЭС InAlAs/InP наблюдается плотность ростовых дефектов от 8104 до 1107 см-2 . При отклонении от решеточносогласованого состава плотность дефектов может достигать 109 см-2 . Показано, что наименьшая плотность дефектов наблюдается при температурах роста 500-510℃ и отношении потока мышьяка к потокам элементов третьей группы не ниже 75. На СЭМ изображениях поперечного скола ГЭС видно, что дефекты образованы выходами дислокаций из гетерограницы InAlAs/InP. Вероятно, дислокации появились в результате замещения атомов фосфора атомами мышьяка в процессе высокотемпературного отжига подложки InP. Замещение мышьяком фосфора приводит к образованию островков InAs и решеточному рассогласованию на начальных этапах роста InAlAs слоя. Возникающие напряжения в кристаллической решетке, релаксируют в виде дислокаций. Известно, что дефекты, прорастающие из подложки, могут замыкаться на гетерограницах [7]. Поэтому были использованы буферные сверхрешетки InAlAs/InGaAs, что привело к снижению плотности дефектов на 1-2 порядка. На АСМ картинах таких слоёв видны моноатомные ступени, среднеквадратичное значение шероховатости не превышает 0.6нм. Используя разработанную технологию эпитаксиального роста, были получены ГЭС для СВЧ фотодиодов и электро-оптических модуляторов Маха–Цендера.