ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМА ДВУХСТАДИЙНОГО РОСТА ГЕТЕРОСТРУКТУР GaAs/Si МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВОЙ ЭПИТАКСИИ
Аннотация
Целью данной работы является разработка технологии изготовления, формирование
и исследование гетероструктур GaAs/Si, созданных по двухстадийной методике, а также
проведение сравнения с гетероструктурами GaAs/Si, полученными по одностадийной ме-
тодике. В данной работе проведено исследование режимов двухстадийного роста гетеро-
структур GaAs/Si, полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), которые
могут быть использованы в качестве основы для создания элементов оптоэлектроники.
Проведены исследования морфологии поверхности гетероструктур GaAs/Si и структур,
созданных с применением встраиваемых слоев (буферных слоев). По результатам исследо-
вания морфологии поверхности слоя GaAs выявлено, что поверхность образца, созданного
по одностадийной технологии, сформирована монокристаллическими ячейками GaAs c
размерами 1,5x2 мкм. В то время как поверхность образца, сформированная по двухста-
дийной методике, имеет более мелкие монокристаллы GaAs с размерами 250x250 нм.
В первом и втором случае пленки состоят из отдельных монокристаллических блоков, ко-
торые в процессе роста сливались между собой, образуя сплошную пленку, с наличием оп-
ределенного коэффициента шероховатости поверхности, который виден из РЭМ-
изображений. Разработаны технологические режимы нанесения пленок GaAs - методом
МЛЭ на Si, а также слоя SiO2 на Si, полученного методом плазмохимического осаждения в
индуктивно-связанной плазме. Осуществлено формирование окон в слое SiO2 методом фо-
толитографии и химического травления диаметром 4 мкм. Проведено сравнение методик
двухстадийного и одностадийного роста GaAs на Si. Исследовано распределение поверхно-
стного потенциала, а также построена зонная энергетическая модель. Были построены и
исследованы вольт-амперные характеристики полученных гетероструктур GaAs/Si под
воздействием излучения и в темноте. Во время исследования образцов было выявлено, что
гетероструктуры, выращенные по методике двухстадийного роста, обладают фоточув-
ствительностью, которая особенно четко проявляется при ультрафиолетовом излучении,
на длине волны светового излучения порядка 400 нм. Результаты исследования позволяют
говорить о перспективности применения гетероструктур GaAs/Si, созданных по двухста-
дийной методике роста, в качестве основы для создания оптоэлектронных устройств.
Литература
formirovaniya polevykh emitterov na osnove uglerodnykh nanorazmernykh struktur [Research
of using plasma methods for formation field emitters based on carbon nanoscale structures],
Journal of Physics: Conference Series [.Journal of Physics: Conference Series], 2018,
Vol. 1124, pp. 071020.
2. Tominov R.V., Smirnov V.A., Avilov V.I., Fedotov A.A., Klimin V.S., Chernenko N.E.
Formirovanie memristornykh struktur ZnO metodom skaniruyushchey zondovoy nanolitografii
[Formation ZnO memristor structures by scratching probe nanolithography], IOP Conf.
Series: Materials Science and Engineering, 2018, Vol. 443, pp. 012036.
3. Murdick D.A., Wadley H.N., Zhou X.W. Mekhanizmy kondensatsii para, obogashchennogo
mysh'yakom, na poverkhnosti GaAs (001) [Condensation mechanisms of an arsenic-rich vapor
on GaAs (001) surfaces], Phys. Rev. B, 2007, Vol. 75, pp. 125318.
4. Vakulov Z.E., Ivonin M., Zamburg E.G., Klimin V.S., Volik D.P., Golosov D.A., Zavadskiy
S.M., Dostanko A.P., Miakonkikkh A.V., Klemente I.E., Rudenko K.V., Ageev O.A. Razmernye
effekty v tonkikh plenkakh LiNbO3, poluchennykh metodom impul'snogo lazernogo
napyleniya [Size effects in LiNbO3 thin films fabricated by pulsed laser deposition], Journal
of Physics: Conference Series, 2018, Vol. 1124, pp. 022032.
5. Balakirev S.V., Eremenko M.M., Mikhaylin I.A., Klimin V.S., Solodovnik M.S. Kapel'naya
epitaksiya nanostruktur In/AlGaAs na As-stabilizirovannoy poverkhnosti [Droplet epitaxy of
In/AlGaAs nanostructures on the As-stabilized surface], Journal of Physics: Conference Series,
2018, Vol. 1124, pp. 022018.
6. Tseng A. Poslednie razrabotki v oblasti mikroobrabotki s ispol'zovaniem tekhnologii
sfokusirovannykh ionnykh puchkov [Recent developments in micromilling using focused ion
beam technology], Journal of Micromechanics and Microengineering, 2004, Vol. 14, pp. 15.
7. Han J., Lee H., Min B., Lee S. Prognozirovanie topologii nanomaterialov s ispol'zovaniem
dvumernogo fokusirovannogo ionnogo frezerovaniya s intervalami oblucheniya puchkom
[Prediction of nanopattern topography using two-dimensional focused ion beam milling with
beam irradiation intervals], Microelectronic Engineering, 2010, Vol. 87, pp. 1-9.
8. Klimin V.S., Solodovnik M.S., Lisitsin S.A., Rezvan A.A., Balakirev S.V. Formirovanie
nanorazmernykh struktur na poverkhnosti arsenida galliya pri lokal'nom anodnom okislenii i
plazmokhimicheskom travlenii [Formation of nanoscale structures on the surface of gallium
arsenide by local anodic oxidation and plasma chemical etching], Journal of Physics: Conference
Series, 2018, Vol. 1124, pp. 041024.
9. Adachi S. Svoystva poluprovodnikov gruppy IV, III-V i II-VI [Properties of group-IV, III-V
and II-VI semiconductors]. John Wiley & Son, 2005, 408 p.
10. Cao G. Nanostruktury i nanomaterialy. Sintez, svoystva i primenenie [Nanostructures &
nanomaterials. Synthesis, properties & applications]. Imperial College Press, 2004, 448 p.
11. Aseev A.L. Nanotekhnologii v poluprovodnikovoy elektronike [Nanotechnology in semiconductor
electronics]. Novosibirsk: Izd-vo SO RAN, 2004, 368 p.
12. Jha N.K., Chen D. Proektirovanie nanoelektronnykh skhem design [Nanoelectronic circuit
design]. Springer, 2011, 290 p.
13. Piccin P. et al. Rost metodom molekulyarno-luchevoy epitaksii i elektricheskaya
kharakteristika nanoviskerov GaAs [Growth by molecular beam epitaxy and electrical characterization
of GaAs nanowires], Physica E, 2007, Vol. 37, pp. 134-137.
14. Chernenko N.E., Balakirev S.V., Eremenko M.M., Solodovnik M.S. Mezhfaznoe
vzaimodeystvie v sisteme Ga-As-ZnO v usloviyakh molekulyarno-luchevoy epitaksii [Interfacial
interaction in the Ga-As-ZnO system under molecular beam epitaxy], Izvestiya YuFU.
Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2019, No, 2, pp. 184-192.
15. Balakirev S.V., Blinov Yu.F., Solodovnik M.S. Model' nachal'noy stadii gomoepitaksial'nogo
rosta GaAs metodom MLE s uchetom sootnosheniya potokov rostovykh komponent [The
model of the initial stage of GaAs homoepitaxial growth by the MBE method taking into account
the ratio of the fluxes of growth components], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki
[Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2014, No. 9 (158), pp. 94-105.
16. Chu C-P., Arafin S., Nie T. Nanorazmernyy rost GaAs na uzorchatykh podlozhkakh Si (111)
metodom molekulyarno-luchevoy epitaksii [Nanoscale Growth of GaAs on Patterned Si (111)
Substrates by Molecular Beam Epitaxy], Crystal Growth & Design, 2014, Vol. 14, pp. 593-598.
17. Gusev E.Yu., Zhityaeva Yu.Yu., Ageev O.A. Vliyanie usloviy PECVD na mekhanicheskoe
napryazhenie plenok kremniya [Effect of PECVD conditions on mechanical stress of silicon
films], Materials Physics and Mechanics, 2018, Vol. 37, No. 1, pp. 67-72.
18. Gusev E.Yu., ZHityaeva Yu.Yu., Kolomiytsev A.S., Gamaleev V.A., Kots I.N., Bykov A.V.
Issledovanie rezhimov zhidkostnogo travleniya zhertvennogo sloya SiO2 dlya formirovaniya
mikromekhanicheskikh struktur na osnove si*/SiO2/Si [Study of liquid etching modes of a
sacrificial SiO2 layer for the formation of micromechanical structures based on Si*/SiO2/Si],
Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2015, No. 2
(163), pp. 236-245.
19. Sze S. Fizika poluprovodnikovykh priborov [Physics of semiconductor devices]. Vol. 1. Moscow:
Mir, 1984, pp. 258-261.
20. Epifanov G.I. Fizika Osnovy mikroelektroniki [Physics Fundamentals of Microelectronics].
Moscow: Sovetskoe radio, 1971, pp. 145-156.
