Создание платформы на основе подложки класса «кремний-на-изоляторе» для эпитаксии слоев AIIIBV

Цель работы – выявление закономерностей формирования эпитаксиальных слоев в гетероструктурах на основе полупроводниковых материалов, выращенных на подложках класса «кремний-на-изоляторе» (КНИ), для создания светоизлучающих гетероструктур АIIIВV. Объекты исследования – подложки класса «кремний-на-изоляторе»: Si/Al2O3 (R-срез) и Si/SiO2/Si (001) (КНИ (001)); выращенные на них последовательно слои Si, Ge и AIIIBV на основе GaAs; созданные светоизлучающие p-i-n диоды на основе гетероструктур AIIIBV, выращенных на КНИ (001) через буферные слои Ge/Si и на GaAs (001). Для роста полупроводников применялись такие методы как газофазное осаждение слоя Ge с разложением моногермана на «горячей проволоке», молекулярно-пучковая эпитаксия слоев Si и Ge, МОС-гидридная эпитаксия слоев АIIIВV. При изготовлении светоизлучающих p-i-n диодов применялись такие методы как вакуумное напыление путем электронно-лучевого испарения, вжигание искровым разрядом металлов, фотолитография и жидкостное химическое травление. Основные методы исследования образцов: просвечивающая электронная микроскопия, рентгеновская дифрактометрия, селективное травление дефектов – для исследования структурных свойств; спектроскопия фотолюминесценции и электролюминесценции – для исследования оптических свойств; атомно-силовая микроскопия, in-situ измерения отражательной способности – для исследования морфологии поверхности. Основные результаты: продемонстрировано, что созданная платформа Ge/Si/КНИ (001) может быть использована для роста слоев АIIIВV со структурными и с оптическими свойствами, не уступающими слоям АIIIВV, сформированным на платформе Ge/Si (001), а также продемонстрирована возможность создания светоизлучающей гетероструктуры АIIIВV методом МОС-гидридной эпитаксии на подложках класса «кремний-на-изоляторе» через буферные слои АIIIВV/Ge/Si. Теоретическая значимость результатов заключается в формировании новых знаний о физических процессах, происходящих при эпитаксиальном росте слоев АIIIВV/Ge/Si на подложках класса «кремний-на-изоляторе». Практическая значимость результатов заключается в определении подложки класса «кремний-на-изоляторе», метода роста буферного слоя Ge, параметров роста и отжига буферных слоев AIIIBV для формирования светоизлучающей гетероструктуры AIIIBV на основе GaAs. Полученные результаты будут полезны для дальнейшего развития технологических методов и подходов, направленных на уменьшение плотности дефектов и шероховатости поверхности в выращиваемых гетероструктурах АIIIВV/Ge/Si/КНИ (001), с целью приближения к характеристикам гетероструктур, получаемых на подложках GaAs (001), и минимизации толщины буферных слоев. Реализация данной цели позволит решить одну из проблем создания новой технологической платформы, в которой можно было бы объединить элементы фотоники и КМОП электроники на одном кристалле. Характерное применение такой платформы – создание оптических межсоединений в интегральной микросхеме, которые, как предполагается, увеличат ее быстродействие, улучшат ее энергоэффективность, помехоустойчивость и радиационную стойкость.