Влияние условий отжига подложки (001)InP в потоке As на качество эпитаксиальных слоёв InAlAs

В работе показана зависимость плотности структурных дефектов в решёточно-согласованных слоях InAlAs от условий отжига подложки (001)InP в потоке As. Отработана технология отжига, на основе которой синтезированы структуры мощных СВЧ фотодиодов и модуляторов. Гетероструктуры на основе слоев InAlAs решёточно-согласованных с подложкой (001)InP, в настоящее время привлекают большое внимание исследователей из-за применения в широком спектре современных приборов[1]. Характеристики приборов напрямую зависят от качества гетероэпитаксиальных слоёв [2]. В работе показана зависимость плотности структурных дефектов в решёточно-согласованных слоях InAlAs от условий отжига подложки InP в потоке As. Образцы выращены методом MЛЭ на установке Riber Compact-21T, оснащенной с системой дифракции быстрых электронов на отражении. Для роста использовались полуизолирующие легированные Fe (001) InP подложки фирмы AXT. Подложки отжигались в широком диапазоне температур 500-560°C, для удаления окисного слоя до появления сверхструктуры (4х2). Отжиг проводился в потоке мышьяка, препятствующем разложению подложки и образованию индиевых капель. Поток мышьяка варьировался в широком диапазоне (0.5-7)*10-5 Торр. В процессе отжига происходит замещение атомов фосфора атомами мышьяка и на поверхности подложки образуется слой InAs. Методом сканирующей электронной микроскопией (СЭМ) в режиме энергодисперсионной спектроскопии (EDS) было показано, что этот слой может достигать нескольких нанометров, в зависимости от условий отжига. Постоянная кристаллической решётки InP составляет 5.869Å, тогда как InAs 6.058Å. Такая существенная разница приводит к решёточному рассогласованию на начальных этапах роста слоёв InAlAs и возникновению напряжений, которые релаксируют в виде прорастающих дислокаций. На АСМ картинах поверхности наблюдаются структурные дефекты в виде ямок сформированные комплексами дислокаций. Плотность ямок на поверхности слоя InAlAs увеличивается с увеличением толщины слоя InAs на гетерогранице слой/подложка, и может достигать 10-9 см2 . Толщина слоя InAs зависит от температуры отжига и времени экспозиции подложки в потоке мышьяка. В работе экспериментально полученные оптимальные условия отжига: температура подложки <520℃, эквивалентный поток мышьяка <1,6x10-5Торр, время экспозиции при формировании сверхструктуры (4x2) <30 секунд. При этих условиях с поверхности удаляются окислы, но не формируется существенный слой InAs, что позволяет синтезировать высококачественные слои InAlAs для оптоэлектронных приборов. Нами были получен мощные СВЧ фотодиоды 1.55 мкм спектрального диапазона, с частотами до 40Ггц, а также продемонстрированы гетероэпитаксиальные структуры для модуляторов