Рис. 4.3. Зависимости состава твердых растворов Ini :tGaxP от соотношения р» потоков InCI и GaCI при rin=1200 К, 7са= = 1130 К, Го=1100 К (кривые 1, 2) То= = 1000 К (кривые 3, 4), Кс=0 (кривые /, 2, 3, 4) и коэффициенте пересыщения Кп= =0,01 (кривые /, 3) и ifn=0,l (кривые 2, 4)

0,2 0,4 0,6 0,8 x

парциальное давление GaCl, так как свободная энергия реакции образования GaP велика и отрицательна, в то время как в случае InP она слегка отрицательна « становится положительной при росте температуры

При прочих равных параметрах процесса состав эпитаксиаль-ного слоя уменьшается с понижением температуры в зоне осаждения, с увеличением степени пересыщения /Сп = 2С1/БН и с обогащением газовой среды фосфином [с уменьшением /Сс=(1пС1 + Ч-GaCl-БР)/2Н].

Наиболее сильно состав Ini-a;Gaa;P зависит от отношения потоков монохлоридов InCl/GaCl и от температуры осаждения.

Используя сформулированные выше положения, можно проводить целенаправленную отработку технологии получения эпитаксиальных слоев данного состава; при этом основными технологическими параметрами, определяющими состав эпитаксиального слоя, скорость его роста и кристаллическое совершенство, являются: температура осаждения; отношение скоростей газовых потоков НС1, проходящих над источниками In и Ga(HClin/HClGa), и отношение скоростей газовых потоков РНз/НС1са-

Как отмечалось выше, система Ini-GajcP характеризуется существенной композиционной зависимостью постоянной решетки, что не позволяет использовать прямое осаждение пленки необходимого состава на подложку, в качестве которой чаще всего используется GaP. В связи с этим принципиально необходимо предварительно вырастить слой переходного состава с небольшим градиентом состава по толщине. С этой целью при фиксированных значениях То, Гист и РНз/НС1оа варьированием соотношения газовых потоков HClin/HCloa на подложке GaP сначала выращивается слой переменного состава до достижения необходимого содержания GaP в твердой фазе, после чего соотношение НСЬп/НСЬа фиксируется и в дальнейшем выращивается слой постоянного состава. Характерной особенностью морфологии получаемых эпитаксиальных слоев является наличие характерной сетчатой текстуры в виде взаимно перпендикулярных микровыступов, представляющих области упорядоченного расположения дислокаций несоответствия.

Важным фактором, определяющим процесс осаждения из газовой фазы, является температура осаждения То- Оказывается, что каждому составу Ini-jcGaP соответствует оптимальное значение То, выше которого происходит частичное разложение эпитаксиального слоя, сопровождаемое кристаллизацией кристаллически несовершенного соединения с большой плотностью дефектов. В общем случае То возрастает по мере увеличения х. При неизменных потоках HCloa и РНз скорость роста увеличивается с уменьшением скорости потока Нг.

Перейдем теперь к рассмотрению особенностей ГФЭ четырех-компонентных твердых растворов Ini-ajGaPi-zAsz на подложках GaP.

Из-за значительного усложнения характера фазовых равновесий при синтезе четырехкомпонентных систем расчетное моделирование процесса эпитаксии в рассматриваемом случае еще менее надежно, чем в случае синтеза трехкомпонентных систем. В связи с тем, что реальный процесс эпитаксии существенно зависит от конкретных экспериментальных условий, наиболее надежным методом определения оптимального состава газовой фазы является метод проб и ошибок. В соответствии с работой [93] при выборе оптимальных условий для получения четырехкомпонентных твердых растворов сначала подбирается соотношение газовых потоков InCl и РНз, обеспечивающее выращивание кристаллически совершенных слоев бинарното соединения (например, InP). В дальнейшем варьированием потоков АзНз и РНз (рис. 4.4) получают слои Ini-GaxPi-zAsz заданного состава. В работе [93] было установлено, что изменение потока НСЬа и АзНз приводит к примерно равному изменению ширины запрещенной зоны узкозонных четырехкомпонентных твердых растворов, а изменение потока HClca сказывается на постоянной решетки значительно сильнее, чем изменение потока АзНз. Таким образом, когда условия получения изопериодических слоев определены и необходимо лишь варьировать ширину запрещенной зоны, следует изменять лишь скорость потока АзНз.

Чтобы добиться лучшего согласования постоянных решетки, следует варьировать поток HClca.

Поскольку с точки зрения использования в технологии ПЗСИ, за исключением GaP, бинарные соединения не представляют ин-

InGaAs-

воров, изопериодических InP и GaAs [93]

хереса, а г.ри ГФЭ Ini-GaPi-zAsz/GaP условие изопериодичности не выполняется, постольку для получения кристаллически совершенных слоев принципиально использование переходного слоя с градиентом состава по толщине.

Газовая эпитаксия Ini-aGajcPi-zAsz базируется на технологии твердых растворов Ini-xGaP и состоит из четырех последовательных этапов: I - выращивание при 7о=110 К слоя GaP; II - выращивание слоя переменного состава Ini-xGaxP при постоянном отношении потоков монохлоридов НСЬп/НСЬа путем снижения То от 1100 до 970 К; П1 - выращивание слоя переменного состава Im-xGajcPi-zAsz при Го = 970 К за счет увеличения отношения АзНз/РНз; IV - выращивание слоя заданного постоянного состава при Го = 970 К и фиксированном отношении AsHsi/PHs.

Экспериментальные исследования показывают, что при соотношении газовых потоков А5Нз/РНз<0,3 наблюдается примерно линейная зависимость содержания As в твердой фазе от AsHsi/PHa при практически неизменной величине 1-х (рис. 4.5). На финишной стадии важно варьирование состава х, z вдоль изо-периодической траектории. Как видно из рис. 4.6, изменение отношения Ov = HClin/HClGa приводит К линсйному изменению (1-х), как в случае Ini-GaAs (кривая 1), так и в случае Ini-GaxP (кривая 2). Значение HClin/HClca может выбираться как среднее между соответствующими значениями для Ini-jcGaxP, Ini-jcGaAs при эпитаксии In -jcGaPi-zAsz.

При выращивании структур с переходным слоем важен оптимальный подбор градиента. Как показывают .исследования, использовании градиента, большего 1%/мкм, приводит к увеличению концентрации дефектов структуры.

Важное достоинство метода газофазной эпитаксии состоит в сравнительной простоте легирования активирующей люминесценцию примесью азота, что наиболее широко используется при эпитаксии непрямозонных твердых растворов GaAsi j,Pj, [94]. В этом

4 5 6 .7

Рис. 4.5. Зависимости содержания As (кривая 1) и In (кривая 2) в слоях Ini-xGaxPi-zAsz, выращенных при Го=970 К, от соотношения потоков АзНз и РНз

Рис. 4.6. Зависимости содержания In в слоях Ini-xGaxAs (кривая /) и Ini-xCaxP (кривая 2), выращенных при Го=970 К от соотношения потоков HClin и HClca