МЛЭ буферных слоев GaP на Si для формирования квантово-размерных гетероструктур

Интеграция соединений AIIIBVв кремниевую технологию требует получения совершенныхбуферных слоев с малой толщиной (до 1 мкм). Фосфид галлия является перспективным материаломдля решения этой задачи. Во-первых, из-за малого несоответствия параметров решетки GaP с Si(около 0.3%). Во-вторых, в квантово-размерных гетероструктурах из узкозонных материалов вширокозонной матрице GaP наблюдается сильная локализация носителей заряда, что обеспечиваетвысокую температурную стабильность приборов на их основе. Несмотря на хорошее согласованиепараметров решеток, выращивание GaP на Si с требуемыми характеристиками являетсянетривиальной задачей. Для ее решения необходимо обеспечить формирование совершенногосплошного слоя GaP на Si на начальных этапах роста.В настоящее время наиболее успешным способом достижения указанной цели являетсяиспользование методики эпитаксии с повышенной миграцией (ЭПМ) (migration-enhanced epitaxy –MEE). ЭПМ представляет собой поочередное взаимодействие поверхности подложки с потокоммолекул III и V групп. Временное отсутствие потока фосфора позволяет адсорбированным наповерхности атомам Ga более длительное время мигрировать по поверхности полупроводника безобразования химической связи. Это позволяет формировать на поверхности Si сплошные пленки GaPбез перехода в островковый режим роста.На начальных этапах роста толщина таких слоев должна составлять не менее 100 нм. Этообеспечивает сохранение сплошности пленки и подавление развития рельефа поверхности придальнейшем росте в обычном режиме МЛЭ. Получение эпитаксиальных слоев такой толщиныметодом ЭПМ требует значительных временных затрат.В данной работе предложен модифицированный метод ЭПМ для роста GaP на Si. Главное отличиезаключается в том, что на поверхность подложки поток молекул V группы подается постоянно, приэтом отношение потоков V/III устанавливается меньше 1. Таким образом, обеспечиваются условияобогащения поверхности атомами третьей группы, что также как и в методе ЭПМ, способствуетувеличению длины диффузии атомов Ga по поверхности. Чтобы избежать образования капель Ga,необходимо периодически закрывать заслонку источника галлия и выдерживать поверхность впотоке молекул фосфора, пока весь избыточный Ga не встроится в кристалл. Таким образом, времяроста слоя оказывается в несколько раз меньше, чем при ЭПМ.С использованием предложенной методики были выращены буферные слои GaP на Si толщиной500 нм и гетероструктуры с квантовыми ямами (КЯ) GaAs в матрице GaP на аналогичных буферныхслоях. Для сравнения были выращены такие же структуры на подложках GaP. Образцы исследованыметодом низкотемпературной фотолюминесценции (ФЛ).На рисунке 1 (а) представлены спектры ФЛ слоев GaP, выращенных на подожках GaP и Si(обозначены как «1» и «2», соответственно). В обоих спектрах доминируют полосы донорноакцепторной рекомбинации. Интегральнаяинтенсивность ФЛ в слое GaP/Si почти в 500 разниже, чем для слоя GaP/GaP, что свидетельствует овысокой концентрации центров безызлучательнойрекомбинации в структуре GaP/Si.На рисунке 1 (б) представлены спектры ФЛгетероструктур с КЯ GaAs/GaP, выращенными наподложке GaP и буферных слоях GaP на Si.Несмотря на высокую концентрацию центровбезызлучательной рекомбинации в слое GaP на Si, интенсивность ФЛ КЯ сравнима синтенсивностью ФЛ аналогичной КЯ, выращенной на подложке GaP, что обусловлено сильнойпространственной локализацией носителей заряда в КЯ. Структуры характеризуются высокойэффективностью и температурной стабильностью ФЛ, сравнимой с гетероструктурами,выращенными на согласованных GaP подложках.