Создание и исследование оптоэлектронных приборов в средней инфракрасной области спектра на основе узкозонных гетероструктур A3B5 тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.10, кандидат физико-математических наук Серебренникова, Ольга Юрьевна

• Серебренникова, Ольга Юрьевна
• кандидат физико-математических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Серебренникова, Ольга Юрьевна

Оглавление

Введение

Глава 1. Методы формирования излучателей и фотоприемников на основе полупроводниковых гетероструктур узкозонных АЗВ5 (литературный обзор)

3

1.1. Химические особенности узкозонных А В

1.1.1. Технология полупроводникового производства лазеров, светодиодов и фотоприёмников на основе узкозонных А3В5

1.1.2. Создание гетероструктур эпитаксиальными методами

1.2. Литография

1.3. Создание контактов (металлургические аспекты, вжигание, гальваника)

1.3.1. Электрические требования с системе

1.3.2. Металлургические требования к системе

1.3.3. Адгезия

1.3.4. Напыление контакта

1.3.5. Вжигание контакта

1.3.6. Пример многокомпонентной контактной системы

1.3.7. Гальваническое осаждение

1.3.8. Создание омического контакта в данной работе

1.4. Жидкостное химическое травление в постростовой технологии оптоэлектронных приборов

1.4.1. Влияние ориентации поверхности

1.4.2. Влияние состава травителя

1.4.3. Формирование меза-структур

1.5. Пассивация р-п-перехо да

1.5.1. Анодное окисление

1.5.2. Нанесение диэлектрических пленок

Выводы к главе 1

Глава 2. Создание и исследование светодиодов на основе 1пАв и его твердых растворов

2.1. Светодиоды (направления улучшения характеристик, вывод излучения)

2.2. Особенности светодиодов на основе ТпАэ и его твердых растворов

2.3. Создание и исследование светодиодов на основе гетероструктуры 1пАб/ 1пАз8Ь/1пА88ЬР с диффузно-рассеивающей поверхностью

2.3.1. Технология создания светодиодов

2.3.2. Создание диффузно-рассеивающей поверхности

2.3.3. Исследование светодиодов с диффузно-рассеивающей поверхностью

Выводы к главе 2

Глава 3. Создание и исследование быстродействующих р-ьп фотодиодов на основе ва8Ь и его твердых растворов

3.1. Фотоприемники (направления увеличения быстродействия), р-ьп-фотодиоды на основе ва8Ь и его твердых растворов

3.2. Создание и исследование р-ьп фотодиодов с диаметром мезы 100 мкм

3.2.1. Увеличение быстродействия р-ьп-фотодиодов на основе гетероструктуры Оа8Ь/Оа1пА88Ь/ОаА1А88Ь (ростовые и конструктивные

особенности)

3.2.2. Исследование травителей для p-i-n-фотодиодов на основе гетероструктуры GaSb/GalnAsSb/GaAlAsSb

3.2.3. Постростовая технология

3.2.4. Исследования p-i-n фотодиодов с диаметром мезы ЮОмкм

3.3. Создание и исследование p-i-n фотодиодов с диаметром фоточувствительной мезы 50 мкм и «мостиковым» контактом

3.3.1. Выбор травителя

3.3.2. Влияние ориентации «мостика» относительно кристаллографического направления

3.3.3. Влияние режима перемешивания

3.3.4. Выявление кристаллографических направлений

3.3.5. Разработка метода создания диэлектрической площадки

3.3.6. Создание металлического «мостика»

3.3.7. Исследование p-i-n фотоприемников с диаметром фоточувствительной мезы 50 мкм и «мостиковым» контактом

3.4. Создание и исследование фотоприемников с повышенной квантовой эффективностью за счет использования встроенных отражателей

3.4.1. Разработка технологии создания фотоприемника

3.4.2. Формирование встроенных отражателей

3.4.3. Создание и исследование приборов со встроенными отражателями

Выводы к главе 3

Глава 4. Создание и исследование лазеров, работающих на модах шепчущей галереи, на основе квантоворазмерной гетероструктуры GaAlAsSb/GalnAsSb/GaAlAsSb

4.1. WGM-лазеры

4.2. Создание и исследование WGM-лазеров на основе квантоворазмерной гетероструктуры GaAlAsSb/GalnAsSb/GaAlAsSb (к настоящему моменту)

4.2.1. Гетероструктура GaAlAsSb/GalnAsSb/GaAlAsSb

4.2.2. Создание резонатора дискового WGM-лазера

4.2.3. Измерение спектров люминесценции одиночных WGM-лазеров

4.2.4. Диаграмма направленности дисковых WGM-лазеров

4.3. Исследование поляризации дисковых WGM-лазеров

4.4. Исследование температурной зависимости порогового тока и спектров излучения WGM-лазеров

4.5. Сравнение WGM-лазеров на основе дисковых и кольцевых резонаторов

4.6. Создание и исследование дисковых WGM-лазеров со «связанными» резонаторами

Выводы к главе 4

Заключение

Основные результаты и выводы

Список основных публикаций по теме диссертации

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Создание и исследование оптоэлектронных приборов в средней инфракрасной области спектра на основе узкозонных гетероструктур A3B5»

Введение

Электроника на гетероструктурах широко используется во многих областях человеческой деятельности — это телекоммуникационные системы, основанные на лазерах с двойной гетероструктурой (ДГС), системы спутникового телевиденья с диодами Гана, солнечные элементы на гетероструктурах, а также приборы для экологического мониторинга, медицины и контроля различных процессов, включающие светодиоды, диодные лазеры и фотодиоды. Большой интерес для практического применения представляют оптоэлектронные приборы, работающие в средней инфракрасной (ИК) области спектра.

Этот спектральный диапазон актуален для задач лазерной диодной спектроскопии газов и молекул. Освоение этой области инфракрасного спектра исключительно важно для решения задач экологического мониторинга и медицинской диагностики. В связи с этим возникает необходимость создания оптоэлектронных приборов, перекрывающих диапазон ИК области спектра. Для создания таких оптоэлектронных приборов перспективными являются

3 5

многослойные гетероструктуры на основе соединений А В (Оа8Ь, 1пАз). Среди задач, стоящих перед исследователями, важнейшими являются повышение эффективности вывода излучения из кристалла, увеличение мощности излучения и повышение рабочих температур до комнатной и выше. Все это требует создания светодиодных и лазерных структур новых типов и на их основе — чипов новой конструкции.

Анализ литературы, имеющейся к началу диссертационной работы показал, что светодиоды, лазеры и фотоприемники для среднего инфракрасного диапазона находят широкое применение. Однако излучательная эффективность лазеров и светодиодов при комнатной температуре невысока, и они зачастую требуют криогенного охлаждения. Для решения ныне существующих задач необходимо создание новых быстродействующих фотоприемников, т.к. существующие приборы не соответствуют требуемым параметрам. Для

создания приборов в средней ИК области спектра могут быть использованы материалы А2В6, А4В4, А3В5. Наиболее перспективными являются соединения т.к. обладают рядом преимуществ, а именно: наиболее высокой эффективностью излучательной рекомбинации, большой теплопроводностью и механической прочностью. Для синтеза этих материалов применяются методы ЖФЭ, МОГФЭ и МПЭ. Стандартная постростовая обработка полупроводниковых структур достаточно хорошо разработана для создания приборов в средней ИК области спектра, однако требует значительных усилий исследователей по совершенствованию обработки гетероструктур новых составов, а также глубокой разработки новых приемов для создания приборов принципиально новых форм. Формирование светодиодных, лазерных и фотодиодных чипов на основе четверных твердых растворов мало изучено, особенно для средней ИК области спектра, т.к. для этого может быть использована широкая гамма полупроводниковых материалов различного состава: от широкозонных (АЮаАзБЬ и 1пАз8ЬР) до узкозонных (Са1пАз8Ь и ГгъА^Ь). Постростовая обработка таких систем представляет особую сложность. Химическое травление многослойных структур, состоящих из разнородных по составу материалов, имеет существенные ограничения, вызванные сильным различием химических свойств материалов. Поэтому возникает острая необходимость разработки новых методов химического травления, которые позволили бы формировать необходимые профили и конфигурации мезаструктур. Требования к методам постростовой обработки так же различны как и конфигурации и формы приборов, необходимые для различных целей.

Актуальность темы. Оптоэлектронные приборы (светодиоды, фотодиоды, лазеры) в средней ИК-области спектра 1.6-5.0 мкм являются перспективными для науки и техники, экологического мониторинга окружающей среды и медицинской диагностики. В этом спектральном диапазоне находятся основные линии поглощения многих промышленных и природных газов и жидкостей [1],

таких как СО2, СО, СН4, Н20 и др., что открывает широкие перспективы для создания оптических анализаторов газов и жидкостей. Перспективными материалами для изготовления таких устройств являются узкозонных твёрдые

3 5

растворы полупроводников А В , изопериодичные с подложками GaSb и In As.

Конструкция оптоэлектронного прибора оказывает большое влияние на физические параметры, поэтому разработка новых, более эффективных конструкций приборов, а также разработка технологии их создания, является важнейшей задачей инфракрасной оптоэлектроники. Важную роль в разработке оптоэлектронных приборов играет постростовая обработка гетероструктур, выращенных эпитаксиальными методами. Постростовая обработка гетероструктур позволяет создавать оптоэлектронные приборы различной формы (мезаструктуры плоской и выпуклой формы, мезаполоски, диски, флип-чип (flip-chip) и др.), применяемые в современной оптоэлектронике. Для создания оптоэлектронных приборов различной формы, как правило, используется «жидкостное» химическое травление. Химическое травление многослойных структур, состоящих из разнородных по составу материалов, имеет существенные ограничения, вызванные сильным различием химических свойств материалов. Поэтому возникает острая потребность в разработке новых методов химического травления, которые позволили бы формировать необходимые профили и конфигурации мезаструктур. Требования к методам постростовой обработки так же различны, как и конфигурации и формы приборов, создаваемые для различных целей. Электролюминесцентные и фотоэлектрические свойства оптоэлектронных приборов существенно зависят от формы и конфигурации созданных приборов.

Цель работы. Создание новых конструкций оптоэлектронных приборов для средней ИК-области спектра на основе эпитаксиальных гетероструктур GaSb и InAs и исследование влияния формы приборов на их электролюминесцентные и фотоэлектрические свойства.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Разработка принципиально новых методов постростовой обработки эпитаксиальных гетероструктур, как с целью создания нового типа полупроводникового лазера, так и для существенного улучшения электролюминесцентных характеристик светодиодов и фотоэлектрических характеристик фотодиодов для средней ИК-области спектра;

2. Исследование влияния формы оптоэлектронного прибора на внешний квантовый выход излучения лазеров и светодиодов;

3. Исследование влияния конфигурации фотодиодного чипа на быстродействие и эффективность фотодиодов, работающих в средней ИК-области спектра.

Научная новизна результатов, полученных в работе состоит в следующем:

• Предложены и разработаны методики постростовой обработки многослойных гетероструктур соединений ЪпАбЛпАзЗЬ для создания высокоэффективных светодиодов с диффузно-рассеивающим рельефом на световыводящей поверхности, в которых достигается увеличение внешнего квантового выхода излучения, что позволяет увеличить внешнюю квантовую эффективность;

• Предложены и разработаны методики постростовой обработки многослойных гетероструктур соединений А3ВЭ на основе гетероструктуры ГпАб/ТпАзЗЬ для создания фотодиодов с малой площадью кольцевой мезы относительно площади светопоглощающей поверхности диода и отражающим рельефом на тыльной стороне структуры, что позволяет увеличить квантовую эффективность прибора;

• Предложены и разработаны методики постростовой обработки

3 5

многослойных гетероструктур узкозонных соединений А В на основе Оа8Ь/Са1пАз8Ь/ОаА1А88Ь для создания р-ьп-фотодиодов мостиковой конструкции для диапазона 1.2-2.4 мкм, что позволяет увеличить быстродействие;

• Предложены и разработаны методики постростовой обработки

соединений А В на основе квантоворазмернои гетероструктуры Оа8Ь/ОаА1Аз8Ь/Са1пА88Ь для создания как одиночных, так и связанных дисковых лазеров, работающих на модах шепчущей галереи ^вМ-лазеров);

• По итогам проведенных в работе исследований созданы опытные образцы светодиодов, быстродействующих фотодиодов и связанных \^ОМ-лазеров.

Научная и практическая значимость работы:

Разработаны новые методы постростовой обработки, пригодные как для улучшения, так и для создания принципиально новых приборов инфракрасной оптоэлектроники: светодиодов, фотоприемников и лазеров на основе узкозонных материалов 1пАз и ваБЬ. На основе разработанных технологических методик созданы быстродействующие фотодиоды, WGM-лазеры с повышенной добротностью и светодиоды с повышенной квантовой эффективностью.

Научные положения, выносимые на защиту:

• В светодиодах на основе гетеропереходов в системе ТпАзЛпАбБЬ с созданным диффузно-рассеивающим рельефом на световыводящей поверхности происходит увеличение внешнего квантового выхода излучения за счет изменения направления световых потоков в кристалле при многократных отражениях от диффузно-рассеивающей поверхности.

• В фотодиодах на основе гетероструктуры Оа8Ь/Оа1пА88Ь/ОаА1А88Ь, в которых область поглощения излучения и область омического контакта разделены воздушным контактным мостиком, достигается максимальное быстродействие за счет уменьшения емкости всего прибора.

• В фотодиодах на основе гетероструктуры ¡пАзЛпАбЗЬ с малой площадью кольцевой мезы относительно светопоглощающей площади диода и

отражающим рельефом на тыльной стороне структуры в виде криволинейных поверхностей, состоящих из вытравленных полусфер, достигается увеличение квантовой эффективности за счет изменения направления световых потоков в кристалле при многократных отражениях света от криволинейных поверхностей фотодиодной структуры с последующим поглощением света в активной области.

• В оптически связанных дисковых лазерах на основе квантоворазмерной гетероструктуры Оа8Ь/СаА1А88Ь, работающих на модах шепчущей галереи (М^вМ-лазерах), с резонаторами, находящимися друг от друга на расстоянии порядка длины волны излучения, за счет оптической связи двух колебательных систем, возникает одночастотная генерация при подаче положительного смещения одновременно на оба лазера.

Личный вклад автора: Вклад диссертанта состоит в том, что О.Ю. Серебренниковой была разработана технология постростовой обработки кристаллов и гетероструктур на основе узкозонных полупроводниковых

3 5

соединении для создания светодиодов, фотоприемников и лазеров.

Диссертантом были проведены экспериментальные исследования различных этапов постростовой технологии, по результатам которых были созданы опытные партии оптоэлектронных приборов (светодиодов, фотоприемников и лазеров различных конфигураций). Были проведены экспериментальные исследования электролюминесценции и фотоэлектрических свойств приборов, а также дана интерпретация результатов и формулировка выводов.

Апробация работы. Результаты работы опубликованы в авторитетных реферируемых журналах и докладывались на различных конференциях. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

1. XI Всероссийской молодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике (С-Петербург, Россия, 2009 г);

2. XXI Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения (Орион, Москва, Россия, 20 Юг);

3. International Scientific and Applied Conference Opto-Nano Electronics and Renewable Energy Sources (Varna, Bulgaria, 2010);

4. Российская конференция и школа по актуальным проблемам полупроводниковой нанофотоэлектроники (Новосибирск, Россия, 2011).

Публикации. Основное содержание работы изложено в 9 печатных работах, список которых приведен в конце диссертации, также есть заявка на патент N2011124578/28, приоритет от 16.06.2011.

Гранты. Работа поддержана грантом У.М.Н.И.К. 2009-2011 г Номер проекта: 14029, номер Госконтракта: 8945р/14029 от 19.04.2011.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 200 страниц, включая 62 рисунка и 10 таблиц. Список цитируемой литературы включает 91 наименование.

Глава 1. Методы формирования излучателей и фотоприемников на основе полупроводниковых гетероструктур узкозонных АЗВ5 (литературный обзор)

Предварительные замечания.

Оптоэлектронные приборы, работающие в средней инфракрасной (ИК) области спектра, представляют большой интерес для практического применения. Этот спектральный диапазон актуален для задач лазерной диодной спектроскопии газов и молекул. Молекулы углеводородных соединений и множество промышленных и природных газов (СО, СОг, Н28, 802, N0, N02) обладают способностью поглощать ИК излучение в диапазоне длин волн 1.2-5.0 мкм (табл.1). На основе ИК излучателей возможно также создание систем контроля различных технологических процессов лазерной дальнометрии, ИК-волоконных линий связи, а также медицинских применений и задач экологического мониторинга. Эти и другие возможные применения оптоэлектронных приборов, работающих в интервале длин волн 1.2-5.0 мкм, ставят задачу создания элементной базы для данного спектрального диапазона. Для указанных выше задач требуются высокоэффективные лазеры, светодиоды

3 5

и фотоприемники. Интерес к твердым растворам узкозонных соединений А В на основе арсенида индия (1пАз) и антимонида галлия (ва8Ь) определяется тем, что на их базе могут быть созданы как источники, так и приемники излучения в средней ИК-области спектра. Потребность в создании излучателей и приемников в среднем ИК диапазоне, работающих при комнатной температуре, стимулировала исследования поиска новых подходов при создании лазерных, светодиодных структур и структур фотоприемников на основе узкозонных А3В5.

Создание оптоэлектронных приборов для такого широкого спектрального диапазона сопряжено с серьезными проблемами как в технологии их

изготовления, так и при последующей эксплуатации. В то время как для коротковолнового диапазона 1.6-2.5 мкм, уже сейчас возможно создание высокоэффективных светодиодов и фотодиодов. Для длинноволнового диапазона 3.0-5.0 мкм, эффективность оптоэлектронных приборов уменьшается на порядок, а создание высокоэффективных светодиодов и фотодиодов, работающих при комнатной температуре, является на данный момент еще не решенной задачей.

Таблица 1. Полосы поглощения ИК-излучения некоторыми соединениями [1]

Соединение Химическая формула Поглощение излучение с длиной волны, мкм

Водяной пар Н20 1.84 1.95 2.75-2.85 3.17

Метан СН4 1.65 2.35 2.42 3.31

Пропан С3Н8 3.22 3.38

Ацетон СНзСОСНз 3.4 5.7

Сероводород Н28 1.94 2.59 2.63 3.72 3.83

Сернистый ангидрид 802 3.9-4.0 4.3 5.3

Этилен с2н4 2.16 3.22 2.21 3.34 2.23 2.31 2.37 3.17

Углекислый газ со2 1.38-1.5 1.52-1.67 2.64-2.87 4.27

Моноксид углерода со 2.34 4.6-4.7

Моноксид азота N0 3.9 4.5 5.2

Диоксид азота N02 2.11 2.26 2.87 2.97 3.95 4.49

Полуоксид азота N20 2.1 3.43 2.19 3.75 2.42-2.52 3.82 2.78 2.9 3.09

Формальдегид нсно 3.6 5.6

Ацетилен с2н2 3.01-3.03 4.42

Аммиак Шз 2.93 3.01

Эфир жж 2.35 2.45 2.95 3.12 3.36 3.49

Озон 03 13.3-3.4 4.75 9.6

Фтороводород ОТ 2.28 2.45

Метиловый спирт СНзОН 3.34 3.39

Бензол СбНб 3.26-3.28

3 5

1.1. Химические особенности узкозонных А В

1.1.1. Технология полупроводникового производства лазеров, светодиодов и

3 5

фотоприёмников на основе узкозонных А В

Технология полупроводникового производства базируется на таких сложных процессах обработки, как литография, оксидирование, ионная имплантация, диффузия, создание контактов и др. К материалам, используемым в производстве приборов, предъявляют высокие требования по чистоте и совершенству структуры. Для осуществления большинства технологических операций используют уникальное по характеристикам оборудование: оптико-механическое, термическое, вакуумное, ионно-лучевое и т.д. Процессы осуществляются в специальных обеспыленных помещениях с заданными влажностью и температурой [2]. При создании технологии прибора технолог сталкивается с множеством задач, решение которых представляет многопараметрическую междисциплинарную задачу. На данный момент спектр задач, решаемых технологией очень велик, что обусловлено множеством используемых материалов. Технология производства полупроводниковых приборов базируется на принципах охватывающих множество дисциплин, таких как создание условий для проведения технологических операций, глубокая очистка веществ, разностороннее рассмотрение эпитаксиального роста кристаллов, комплекс металлургических проблем при создании как самой гетероструктуры, так и при создании контактов к ней, проблемы химического травления, аппаратные и технологические аспекты литографических процессов, создание диэлектрических покрытий, и т.д.. Каждой из этих проблем технологи уделяют отдельное внимание, пытаясь всесторонне изучить все аспекты данных процессов. Затем обобщают полученные данные по каждому этапу технологии и объединяют в стройный технологический процесс создания того или иного прибора. Каждый из этапов технологии является многопараметрической динамической задачей, которая, как правило, не имеет однозначного решения,

при объединении нескольких задач в технологию, сложность возрастает на порядки. В данной работе будут описаны несколько основных процессов и задач, встречающихся при разработке технологии полупроводниковых приборов. Поскольку каждая из задач является сложным комплексом междисциплинарных проблем, то попытаемся охватить основные методы их решения, применяемые в современной технологии. Технология

3 5

полупроводниковых приборов на основе узкозонных А В в общем виде состоит из трех основных этапов. На первом этапе методом эпитаксии выращивается многослойная гетероструктура с заданными свойствами. Второй этап включает в себя все постростовые обработки полученной гетероструктуры, такие как фотолитография, создание омических контактов, создание диэлектрических пленок, травление. На последнем этапе проводят разделение полупроводниковой пластины на отдельные чипы и их корпусирование.

1.1.2. Создание гетероструктур эпитаксиальными методами

Методы эпитаксии можно разделить на три основных типа: жидкофазная эпитаксия (ЖФЭ), газофазная эпитаксия (ГФЭ) и молекулярно-пучковая эпитаксия (МПЭ).

Метод жидкофазной эпитаксии

Метод жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) заключается в кристаллизации материала из переохлажденного расплава или раствора-расплава, насыщенного полупроводниковым материалом, на подложку. Полупроводник кристаллизуется на поверхности подложки, приводимой в контакт с расплавом, при его охлаждении. Состав эпитаксиального слоя, формирующегося на подложке, определяется фазовой диаграммой и слабо зависит от ориентации подложки. В качестве растворителя применяют легкоплавкий компонент соединения, например Оа для ваБЬ и 1п для ТпАв. [2, с.90] Это позволяет

снизить температуру кристаллизации и уменьшить перепад температуры на границе подложка-расплав, что повышает чистоту наращиваемого слоя. Состав расплава подбирают таким образом, чтобы до контакта с подложкой он был для данной температуры эпитаксии (Тэ) равновесным или близким к равновесию. В таком случае при контактировании с подложкой происходит частичное ее растворение, благодаря чему удаляются поверхностные нарушения и при последующем охлаждении рекристаллизация происходит на более совершенной поверхности подложки [2, с. 105]. При ЖФЭ на рост слоев оказывают влияние четыре основных параметра: АТ переохлаждения, состав охлаждаемого расплава, температура роста, и продолжительность роста [3]. Можно отметить следующие преимущества метода ЖФЭ: относительная простота оборудования, высокие скорости осаждения, и отсутствие разного рода нежелательных реакций между исходными компонентами. К недостаткам технологии ЖФЭ следует отнести: неравномерность кристаллического роста по всей поверхности подложки, низкое качество морфологии поверхности, и невозможность использования подложек с большой площадью поверхности. Учитывая, что ЖФЭ - процесс обратимый, то есть, возможен обратный переход в жидкую фазу уже синтезированного кристалла, очень трудно получить данным методом квантово-размерные структуры [4, с.55; 5].

Метод газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений

Технология газофазной эпитаксии (ГФЭ) - формирование структур методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений. Происходит в специальном реакторе в атмосфере инертного газа или водорода, и представляет собой эпитаксиальное осаждение на подложку из газовой фазы при нагревании. В качестве реагентов используют металлоорганические соединения элементов А и В. Процесс эпитаксиального осаждения при ГФЭ (в отличие, например, от жидкофазной эпитаксии — ЖФЭ) происходит в условиях, далеких от термодинамического равновесия, и характеризуется

необратимостью протекающих химических реакций. Следствием этого является возможность осаждения как стабильных, так и метастабильных составов, лежащих, например, в пределах областей несмешиваемости твердых растворов на равновесных диаграммах состояния соответствующих систем. Выбор условий эпитаксии оказывает решающее влияние на основные показатели процесса: скорость эпитаксиального роста (Ур), состав и химическую однородность эпитаксиальных слоев, резкость границ в формируемых гетероструктурах. К числу важнейших параметров процесса относятся

5 3

температура осаждения, давление в рабочем реакторе, отношение В /А в газовой фазе. ГФЭ обладает рядом преимуществ, таких как: возможность достижения высоких скоростей роста, высокая равномерность и воспроизводимость параметров выращиваемых слоев (отклонение менее 1%), высокая производительность до 0.15 м2 за один эпитаксиальный процесс. Благодаря использованию в современных МОС ГФЭ установках высоко прецизионных компонентов управления параметрами газовых потоков, контроль концентрации источников в газе-носителе осуществляется с высочайшей точностью. Это позволяет точно управлять скоростью роста слоев, концентрацией многокомпонентных твердых растворов и уровнем легирования. В качестве газа-носителя в большинстве случаев используется высокочистый водород. Для легирования используют как гидриды (8Ш4, ОеН4, Н28 и др.), так и МОС легирующих элементов, например Хп(С2¥[5)2, Те(С2Н5)2. Химическое сходство газов, используемых в качестве источников различных элементов, обеспечивает возможность эпитаксиального наращивания широкого круга материалов без существенного изменения условий роста.

Метод молекулярно-пучковой эпитаксии

В молекулярно-пучковой эпитаксии (МВЕ- molecular beam epitaxion) используется конденсация молекулярных пучков в условиях высокого вакуума ~10"8 Па. Основное преимущество заключается в низкой температуре процесса

(400-800°С), что уменьшает диффузию примеси из подложки, уменьшает концентрацию собственных точечных дефектов (автолегирование). Метод МВЕ позволяет получать супертонкие высококачественные слои наноразмерной толщины. Такие слои затруднительно получить ГФЭ и практически не возможно — ЖФЭ. Другое преимущество метода МВЕ состоит в высокой точности управления уровнем легирования, которое является, фактически, безынерционным. Скорость роста слоя для МВЕ — 0,01-0,3 мкм/мин, для ГФЭ >0,1 мкм/мин [6].

1.2. Литография

Литография - это процесс формирования на поверхности полупроводниковой пластины рельефного покрытия с изображением элементов прибора из светочувствительного химически стойкого материала (резиста); а также последующего переноса изображения на подложку травлением или напылением материала.

Чаще всего именно возможностями литографии определяются электрические параметры и выход годных приборов. Минимальные размеры элементов рисунка главным образом определяются физическим пределом, т.е. длиной волны испускаемого излучения. Соответственно теоретически разрешающая способность, не может быть меньше, но близка по величине к длине волны актиничного излучения [7, с.З]. По видам используемого актиничного излучения выделяют: фотолитографию (ультрафиолетовое излучение), рентгенолитография (рентгеновское излучение), электроннолучевая (поток электронов), ионно-лучевая (поток ионов) и т.д. Экспонирование - это процесс переноса изображения с шаблона на подложку, покрытую слоем светочувствительного материала (резиста). При экспонировании происходит активированная актиничным излучением реакция, в результате локально меняется растворимость резиста. После обработки экспонированного фоторезиста в составе, удаляющем растворимые участки,

образуется рельефное изображение, соответствующее рисунку шаблона [8]. Резисты должны иметь высокие светочувствительность и разрешающую способность, быть устойчивыми к воздействию агрессивных кислотных травителей, обладать хорошими смачиваемостью и пленкообразующими свойствами, а также высокой адгезией к подложке [9-11].

В зависимости от целей, ставящихся перед технологом на разных этапах при производстве того или иного прибора, оказывается более удобным применять метод прямой или взрывной литографии. Принципиальная схема металлизации методами прямой и взрывной литографии показана на рис.1.

Прямая литография. При прямой литографии на подложку сначала наносится материал и на нем создается рисунок из резиста. Затем, через полученную маску проводится травление нижележащего слоя, например металла (рис.1). Резист удаляют в органических растворителях. В результате напыленный материал остается только на тех участках, где был закрыт резистом.

Взрывная литография. При взрывной фотолитографии создается рисунок из резиста, и производится сплошное нанесение покрытия, затем резист удаляется в органических растворителях. В результате напыленный материал остается только на свободных от резиста участках.

Металлизация методами прямой и взрывной фотолитографии:

Прямая фотолитография:

подложка после металлизации

подложка после создания маски из фоторезиста

Взрывная фотолитография:

подложка после создания маски из фоторезиста

нив шщ

подложка после металлизации

подложка после травления

) { >

"взрыв

подложка после удаления фоторезиста

Рис.1. Типы литографии: слева - последовательность операций при прямой литографии, справа - при взрывной литографии.

При производстве полупроводниковых приборов применение взрывной литографии, в ряде случаев, имеет существенные преимущества перед прямой литографией, а в некоторых случаях является единственно возможным методом. Такими преимуществами являются:

1. локальное напыление вещества на подложку, позволяющее исключить непосредственный контакт между ними;

2. возможность получения рисунка из материалов не травящихся химически или материалов близких по своим химическим свойствам к полупроводниковой структуре, что не позволяет применить селективное травление применяемое при прямой литографии.

В данной работе использовался метод контактной оптической литографии с длиной волны актиничного излучения 460 нм. Технология прибора включает в себя несколько последовательных этапов литографической обработки, полученные при этом маски из фоторезиста, используются для дальнейших технологических операций (металлизации, напыления диэлектриков или травления). Для различных процессов требуются: взрывная или прямая литография.

1.3. Создание контактов (металлургические аспекты, вжигание, гальваника)

Для создания омического контакта необходимо применять технологию, учитывающую множество параметров, контакт должен удовлетворять целому комплексу электрических и металлургических требований. Контакт для полупроводникового прибора должен быть омическим, т.е. должен подчиняться закону Ома, вольт-амперная характеристика такого контакта линейна. Величина контактного сопротивления должна быть минимальна, для уменьшения потерь мощности. Также не должно быть инжекции неосновных

носителей. Не должно быть механических напряжений и должна быть хорошая теплопроводность.

1.3.1. Электрические требования с системе

Электрические требования включают омичность контактов (т.е. сопротивление контакта не должно зависеть ни от величины, ни от направления тока), отсутствие инжекции, низкое сопротивление контакта. Если позволяют параметры гетероструктуры, то на ее поверхности создают специальный «контактный слой», за счет сильного легирования он приобретает высокую проводимость (становится вырожденным). Контакт Ме-п+ (Ме-р+) обладает малым сопротивлением и почти всегда линеен. С другой стороны, т.к. в п+ слое концентрация дырок мала, то инжекции их в п область не происходит, т.е. контакт не инжектирующий. Другим способом уменьшения барьера является создание рекомбинационного контакта за счет искажения кристаллической решетки в поверхностном слое. Такие искажения обуславливают появление в запрещенной зоне, близ поверхности, большого числа локальных энергетических уровней, увеличивающих проводимость слоя. Благодаря высокой скорости рекомбинации в нарушенном слое, все носители заряда, генерируемые в нем, не могут уйти за его пределы, т.к. ширина слоя значительно больше диффузионной длины неосновных носителей. Иногда, для дополнительного увеличения темпа рекомбинации в поверхностный слой вводят дополнительные примеси.

1.3.2. Металлургические требования к системе

В первую очередь металл контакта должен быть металлургически совместим с материалом гетероструктуры, не должен давать легкоплавких эвтектик или создавать мешающих металлургических соединений, не должно быть чрезмерной диффузии металла контакта в подложку. Металл не должен

давать глубоких примесных уровней. Однослойная металлизация обеспечивает простой и дешевый способ формирования системы металл-полупроводник. Для 81 таким металлом является А1 [12], если к быстродействию, степени интеграции и надежности схем не предъявляется высоких требований. Для соединений А3В5 такого металла не удалось найти, поэтому для создания омического контакта необходима многослойная система металлизации. В простейшей двухслойной системе нижний тонкий слой обеспечивает адгезию контакта к полупроводнику, а верхний выполняет функции проводника. В качестве адгезионного слоя могут служить многие переходные металлы - Тл, V, Сг, Щ Ъх, №>, Та и другие, а в качестве проводящих - Аи, Ag или А1. Однако металлургическая стабильность такой системы определяется характером диаграммы фазового равновесия адгезивного и проводящего металлов и скоростью их взаимной диффузии. Например в системе А1-Аи образуются устойчивые интерметаллические соединения, которые постепенно разрушают контакты и вызывают катастрофический отказ приборов. Ясно, что в системе металлизации недопустим непосредственный контакт металлов, которые могут взаимодействовать друг с другом с резким изменением кристаллической структуры (рис. 2). Привлекательны многослойные композиции, в которых любая непосредственно контактирующая пара металлов образует непрерывный ряд твердых растворов (рис. 3). Другой подход к решению проблемы может быть основан на выборе бинарных композиций, не обладающих взаимной растворимостью и не образующих промежуточных фаз в температурном диапазоне работы прибора (рис. 4). Достоинством таких систем является минимальная скорость диффузии (при равных коэффициентах диффузии) [13].

Рис.2. Металлы образующие конгруэнтно плавящиеся интерметаллические соединения (ребра графа соединяют металлы, образующие интерметаллиды)

©—@ ® ©

Рис.3. Металлы, обладающие неограниченной взаимной растворимостью. Тонкие линии относятся к двойным системам, в которых принципиально возможен переход от чистого металла А к металлу В без нарушения гомогенности. Жирные линии - к системам, в которых неограниченная взаимная растворимость существует в широком диапазоне температур

Рис. 4. Металлы практически не обладающие взаимной растворимостью

1.3.3. Адгезия

Адгезия металла контакта к полупроводнику является важнейшим параметром при создании омического контакта. На адгезию влияет множество параметров: коэффициент смачиваемости, соотношение коэффициентов термического расширения пленки металла и полупроводника, состояние поверхности, наличие окисной пленки, чистота поверхности, глубина вакуума при напылении и т.д. Для улучшения адгезии применяют специальные методы подготовки поверхности, как правило это химическая или сухая обработка для удаления загрязнений (абсорбированных и адсорбированных), снятия нарушенного слоя и окисной пленки. Также крайне важны параметры самого процесса напыления, используемая установка, глубина вакуума, разогрев при напылении. Современные установки напыления созданы с учетом данных параметров.

1.3.4. Напыление контакта

Напыление контакта осуществляется в специальных установках в вакууме. На данный момент существуют установки, позволяющие учесть все требуемые параметры напыления, такие как глубокий вакуум, возможность напыления нескольких металлов без перезагрузки, обеспечивают равномерность напыления на большой площади, имеют возможность измерения толщины получаемых слоев в процессе напыления. Молекулярные потоки металлов описываются относительно простыми законами Ламберта-Кнудсена, позволяющими достаточно точно прогнозировать толщину осаждаемой пленки.

^ = 0,438-10-2РтспараЩ, (1)

где V) - скорость испарения вещества, кг/(м с); Рнас.пара - давление насыщенного пара (Па) при температуре испарителя Т; М - молекулярная масса вещества;

У2=8-УгСо8е/(4тс12); (2)

где У2 - плотность потока частиц, испускаемых поверхностью испарителя; Б -

площадь поверхности источника; 9 - угол между нормалью к поверхности

V* «-» __1

подложки и максимально удаленной от источника точкой подложки; 1 -расстояние до максимально удаленной от источника точки подложки;

1.3.5. Вжигание контакта

Вжигание представляет собой отжиг образца с уже сформированным контактом при температурах 200-400°С в восстановительной атмосфере. Целью вжигания является улучшение омичности контакта за счет изменения границы металл-полупроводник. Во время вжигания металл и контакт взаимодиффундируют, для получения наилучших характеристик необходимо учитывать скорость диффузии при данной температуре и время процесса. Температура и время вжигания влияют на скорость диффузии, поэтому для каждой конкретной контактной системы и материала полупроводника рассчитывают свой профиль скорости нагрева и охлаждения, а также время выдержки при заданной температуре. Также во время вжигания за счет хорошей растворимости водорода в металле контакта происходит восстановление оксидных пленок, которые могли образоваться на границе металл-полупроводник. Как упоминалось выше, вжигание может улучшить адгезию. Вжигание в первом приближении можно представить как простой одномерный диффузионный процесс описывающийся вторым законом Фика (градиент концентрации изменяется во времени, а коэффициент диффузии не зависит от концентрации):

8С(х,0 _ п д2С(х,О

0)

где С-концентрация примеси, Б-коэффициент диффузии. При выполнении условий «постоянной поверхностной концентрации, равной Сз, решением уравнения является дополнительная функция ошибок

С(х, () = С8 ег!с /

V № ! (4)

Коэффициент диффузии Б в общем случае зависит от температуры и концентрации примеси. Для определения диапазона температур Аррениус установил экспоненциальную зависимость коэффициента диффузии от температуры:

£ = (5)

где Бо - предэкспоненциальный множитель, зависящий от сил связи между атомами кристаллической решетки: 0 - энергия активации процесса диффузии; Я - газовая постоянная.

1.3.6. Пример многокомпонентной контактной системы

В качестве примера многокомпонентной контактной системы рассмотрим разработанную нами для ваБЬ и его твердых растворов композицию Сг(90А)-Аи( 100А)-№(200А)-Аи( 1500А).

Первый слой - Сг является адгезионным, его толщина достаточна для образования сплошной пленки на полупроводнике (в начале напыления металл собирается на поверхности полупроводника в капли из-за большого поверхностного натяжения и плохой смачиваемости), но не достаточна для придания большого контактного сопротивления.

Второй слой - Аи этот тонкий слой золота при вжигании продифундирует в полупроводник создав контакт. Его толщина достаточна для проникновения в полупроводник, но не избыточна. Если этот слой будет толще, то при вжигании золото может проникнуть слишком глубоко в объем гетероструктуры и нарушить его свойства.

Третий слой - N1 это барьерный слой, он замедлит диффузию следующего за ним слоя золота.

Четвертый слой - Аи. Верхний слой золота необходим при дальнейшем усилении напыленного контакта. На него будет производиться гальваническое

осаждение золота или напыление более толстого и ненапряженного золота. Толщина слоя золота должна быть максимально возможной для облегчения последующей сборки прибора.

Контактные системы для ваБЬ и 1пАб.

Для каждого конкретного полупроводника подбирают оптимальную контактную систему, которая максимально удовлетворяет требованиям приведенным выше. Например, для п-Оа8Ь в качестве омических контактов могут быть использованы контактные системы Аи(Ое)/№/Аи, Аи(Те)/Аи, Аи/№/Аи, для р-ваЗЬ: Сг/Аи, Сг/А& СгЛ^Мп), СгЯЧ/Аи, ТШ/Аи, ПАи, Ag/Zn, А1 [14-17]. Для п-1пАб в качестве омических контактов могут быть использованы контактные системы: Сг/Аи-Те/Аи, Сг-АиОе-М-Аи, №/АиОе/Аи. Для р-1пАз: Сг/Аи-гп/Аи, Сг-Аи2п-№-Аи, ТШ/Аи [18-21].

1.3.7. Гальваническое осаждение

Основной целью гальванического осаждения металлов является увеличение толщины контактного слоя для улучшения электропроводности и облегчение процесса сварки при сборке прибора. Гальваническое осаждение для электрических контактов заключается в получении тонкозернистого, ровного (блестящего), беспористого, хорошо сцепленного с основой слоя металла, обладающего нужными физико-механическими, коррозионными, электрическими свойствами. [22, с. 106-110]. На электролитический процесс осаждения металла на полупроводниковую подложку оказывают влияние многие факторы: состав электролита, химический состав материалов электродов, электродный потенциал в данном электролите, значение и направление электрического тока, проходящего через электролит, температура электролита, рН и др. [2]. Процесс осаждения гальванических покрытий можно разделить на четыре стадии. Первая стадия включает в себя образование

заряженных ионов металла в объеме электролита под действием электрического тока. Вторая стадия заключается в переносе заряженных ионов металла в объеме электролита к поверхности полупроводниковой подложки (катода). Третья стадия представляет собой собственно электрохимическую реакцию, в ходе которой заряженные ионы превращаются в адсорбированные ионы и атомы на поверхности полупроводниковой подложки. На четвертой стадии идет процесс диффузии адсорбированных на поверхности подложки ионов к местам роста металлической пленки. Толщина покрытия, а следовательно и масса металла, электролитически осажденного на подложку, зависит от времени осаждения и силы тока, проходящего через электролитическую ячейку. Эта зависимость выражается законом Фарадея [23, с. 11]:

т=кП, (6)

где т - масса вещества, осажденного на катоде; к - электрохимический эквивалент или масса вещества (в граммах), осажденного в течение 1 ч при силе тока 1 А; I -сила протекающего через электролит тока; I -длительность протекания тока.

1.3.8. Создание омического контакта в данной работе

Создание омического контакта в данной работе осуществлялось в два этапа, напыление и гальваническое осаждение металла, причем в качестве контактной системы использовалась композиция Сг/Аи/ЬП/Аи. При металлизации толщина слоя металла составляет примерно -0,2 мкм, осаждать более толстые слои не выгодно из-за технологических ограничений метода взрывной литографии и большого расхода золота. Поэтому для получения контакта толщиной около 2 мкм используют гальваническое осаждение металла, которое при такой толщине обеспечивает надежную сборку прибора.

1.4. Жидкостное химическое травление в постростовой технологии оптоэлектронных приборов

Относительная простота и доступность реализации химического травления не требует специального сложного и дорогостоящего оборудования, кроме общих принципов работы в чистых комнатах с чистыми химическими веществами. Процесс обеспечивает достаточную надежность получения конечных результатов, он универсален для обработки разнообразных полупроводниковых материалов. Химическое травление не сопровождается структурными искажениями поверхностного слоя и различного рода деформациями, в то же время позволяет обрабатывать поверхность структур практически с любым сложным профилем.

Несмотря на большой объем проведенных экспериментальных и теоретических исследований, до сих пор не ясны механизмы многих реакций, используемых для травления, и разработка методов травления производится в значительной степени на основе качественных соображений, подкрепленных экспериментальными данными [24]. Существуют лишь общие преставления о механизме травления во многом заимствованные из физико-химической теории гетерогенных реакций и коррозии, и несколько подходов к рассмотрению механизма химического травления полупроводников.

Процесс травления разбивается на стадии: диффузия реагентов к поверхности, адсорбция реагента на поверхности, химическая реакция на поверхности, десорбция продуктов реакции, диффузия продуктов реакции от поверхности. Общая скорость поверхностной реакции может контролироваться любой из этих ступеней. Перечисленные реакции удобнее разбить на следующие три группы: 1. перенос реагентов к поверхности и от нее; 2. адсорбция и десорбция и 3. поверхностные реакции. Растворение полупроводников сопровождается протеканием нескольких реакций. Поскольку каждый из реагентов должен пройти через описанную выше последовательность реакций, легко себе представить, что кинетика процесса

травления может быть чрезвычайно сложной и трудной ля понимания [24]. Ограниченное число работ, посвященных изучению механизма травления

3 5

полупроводниковых соединений А В связано, очевидно, со сложностью процессов, протекающих на границе раздела полупроводник-травитель.

Реакции контролируемые диффузией. Перенос реагента к поверхности, которая подвергается травлению, и удаление его от этой поверхности, как правило, определяется обычными законами диффузии и может быть ступенью, ограничивающей скорость реакции. Условия, необходимые для того, чтобы диффузия была лимитирующей стадией: 1. низка концентрация реагента; 2. большая скорость поверхностной реакции; 3. плохая растворимость продуктов реакции. Любое из этих условий может быть достаточным, чтобы диффузия стала звеном лимитирующим скорость процесса.

Приближенное рассмотрение проблемы диффузии предполагает наличие ламинарного поверхностного слоя, через который должен диффундировать реагент. Концентрация вне этого слоя одинакова по всему объему, а в пределах ламинарного слоя меняется с расстоянием линейно. Толщина слоя пропорциональна вязкости среды и квадратному корню из скорости движения образца. Существование ступени, контролируемой диффузией, легко определить по величине энергии активации процесса растворения, поскольку в этом случае она равна энергии активации процесса диффузии (-4^6 ккал). Дополнительные данные могут быть получены из зависимости скорости и, возможно, энергии активации от перемешивания: реакции, контролируемые диффузией, очень чувствительны к перемешиванию. Независимость скорости реакции от ориентации поверхности кристалла также говорит в пользу того, что лимитирующей ступенью является диффузия.

При высоких скоростях реакции выделяется значительное количество тепла, что вызывает увеличение температуры поверхности, а это может увеличивать скорость диффузии и тем самым скорость растворения. Если это не принимать во внимание, то кажущаяся энергия активации, определяемая из

графика зависимости логарифма скорости от обратной величины абсолютной температуры, будет высокой и для установления наличия диффузионного контроля необходимо прибегнуть к дополнительным доказательствам, например, исследовать влияние перемешивания [24].

Адсорбция и десорбция. Адсорбция — это процесс, с помощью которого атом, молекула, ион или какая-либо другая химическая частица, находящаяся в соседстве с поверхностью, становится связанной с этой поверхностью. Десорбция — обратный процесс. Связь частицы с поверхностью может быть химической (хемосорбция) или же осуществляться с помощью ван-дер-ваальсовых сил (физическая адсорбция). Отличить хемосорбцию от адсорбции можно измерив теплоту адсорбции, при хемосорбции она велика и намного меньше при адсорбции. Соответствующие количественные данные можно получить только с помощью измерений адсорбции из газовой фазы, однако эти данные в равной мере справедливы, по-видимому, для адсорбции из раствора. В последнем случае, если адсорбированное вещество удаляется при промывании чистым растворителем, это указывает на физическую адсорбцию [24].

Поверхностные комплексы. В результате адсорбции происходит образование поверхностного комплекса между реагентом и полупроводником. Поверхностный комплекс реагирует далее одним из нескольких способов. Он может образовывать поверхностное соединение, для растворения которого требуется добавочное количество реагента. Он может, если обладает достаточной для этого энергией, вызывать перестройку связей, приводящую или к образованию продуктов реакции, в состав которых входят атомы подложки, или же к обратному превращению комплекса в исходные реагенты. Для образования или перестройки поверхностного комплекса может требоваться энергия активации. Если эта энергия превосходит энергию активации диффузии и адсорбции, то это может стать фактором ограничивающим скорость растворения [24].

Скорость травления [25]:

Утр=^-К-ех р

(-—) V ИТ,

с

К +К- ехр

АЕ ЯТ

(7)

где К^ -коэффициент диффузии реагента, К - единичная скорость химической реакции, С - равновесная константа реагента, АЕ - эффективная энергия активации, Я -универсальная газовая постоянная 11=] ,987 кал/моль

Если ]^<<Кехр(-ДЕ/КТ), тогда Утр=К£-С, т.е. суммарная Утр определяется скоростью диффузии компонента и не зависит от температуры

Влияние материала на кинетику травления

Подвергаемый травлению материал никогда не бывает вполне однороден, а различия в ориентации и концентрации примесей, наличие дефектов строения, нарушение структуры поверхностного слоя во время обработки, чистота поверхности — все это может оказывать значительное влияние на кинетику травления [24].

1.4.1. Влияние ориентации поверхности

Ориентация поверхности может оказывать влияние как на адсорбцию, так и на энергию активации. Рассмотрение атомной модели любой кристаллической структуры показывает, что различные кристаллографические плоскости характеризуются различной плотностью слагающих их атомов и что поверхностные атомы связаны с объемом кристалла различным числом различно направленных связей. Последовательные слои могут быть связаны с объемом кристалла по-разному. В связи с этим можно предположить, что любой процесс, связанный с хемосорбцией или разрывом связей, будет

происходить по-разному на разных поверхностях кристалла. Адсорбция на поверхности кристалла зависит от числа связей, которыми атомы удерживаются на поверхности, от направления этих связей и расстояния между поверхностными атомами [24].

Однако попытки выяснить адсорбцию на основе только этих факторов, как правило, были неудачными. Одним из лимитирующих факторов оказывается несоответствие между реальными физическими поверхностями и идеальными кристаллографическими плоскостями. Известно, что даже наиболее совершенные реальные физические поверхности не являются совершенно плоскими в атомарном масштабе: было показано, что даже поверхности скола кристаллов содержат множество ступеней различной высоты.

Все это говорит о том, что при установлении корреляции между результатами опытов по адсорбции и структурой поверхности необходимо принимать во внимание наличие отклонений реальной поверхности от структуры гладкой в атомарном масштабе поверхности. Возможно что эти отклонения имеют первостепенное значение, как и в случае ступенчатого роста [24].

Травители полупроводников бывают изотропными или анизотропными. Изотропные травят кристалл по всем направлениям с одинаковой скоростью. Анизотропные же травят с большей скоростью то направление, концентрация атомов по которому минимальна.

Для соединений А3В5, направления <111> являются полярными. Символом {111}А обозначены плоскости, поверхностные атомы которых А; плоскости с поверхностными атомами В, обозначают символом {111}В.

3 5

Принципиальной особенностью соединений А В является существенно разная скорость растворения полупроводников на плоскости {111} с гранями А и В. В

о с

случае соединений А В нужно учитывать возможные связи поверхностных атомов между собой и с атомами в объеме на плоскостях {100}, {110}, {111}, а также разную природу атомов. В направлении <100> атомы расположены

послойно. На идеально гладкой поверхности все атомы могут быть атомами А или В. Реальная поверхность ступенчата, поэтому поверхностными могут быть одновременно атомы и атомы А и атомы В. Те и другие имеют две связи с атомами в объеме. Атомы В более активны т.к. имеют 3 свободных электрона, а атомы А только 1, поэтому на плоскости {100} при травлении, вероятно, будут преобладать атомы Оа. На плоскости {110} поверхностными являются атомы А и В, каждый из которых связан с двумя атомами на поверхности и одним атомом в объеме. Атом А на плоскости {110}, видимо, менее активен, чем на плоскости {100}, но удаление двух соседних с ним атомов В способствует быстрому удалению атома А, оставшегося с одной связью. Поэтому следует ожидать, что плоскость {110} будет растворяться с более высокой скоростью, чем плоскость {100}, хотя нет оснований ожидать большой разницы в скоростях травления. В направлении <111> атомы А и В также расположены послойно. Электронная конфигурация атомов на плоскостях {111} Аи {111} В будет различна. Поверхностные атомы на той и другой плоскости имеют три связи с атомами в объеме, но атомы В имеют 2 свободных электрона, а у атома А свободных электронов нет. Поэтому в окислительных средах плоскость {111} В более химически активна, чем плоскость {111} А. Химическая активность атома В на плоскостях {110} и {111} В должна быть одинаковой. Но присутствие поверхностных атомов А на плоскостях {110} уменьшает химическую активность этой плоскости по сравнению с плоскостью {111}В. Однако процессы адсорбции других компонентов травителя (не окислителей) также зависят от электронной структуры поверхности. Адсорбция таких веществ на активных атомах В может изменить ряд зависимости скорости травления от ориентации [25, 26].

1.4.2. Влияние состава травителя

Для химического травления можно использовать химические реакции любого типа, единственное условие — это чтобы не происходило образования

нерастворимых продуктов реакции. С точки зрения электрохимического механизма, травление включает в себя две сопряженные электрохимические реакции: окисление полупроводника и восстановление окислителя. Подавляющее большинство растворов для травления полупроводников содержит:

3+ 2

• окислитель (HN03, Н202, Fe , Сг203 галогены, гипохлорит натрия и др.) необходим для разрыва ковалентных связей полупроводникового материала;

• растворитель продуктов окисления (комплексообразователями), растворитель (основа), (вода или различные органические среды: спирты, эфиры, карбоновые кислоты и др.);

• комплексообразователь (винная или лимонная кислота, ионы F", [Fe(CN6)]3" и др.) для образования хорошо растворимых продуктов реакции;

• добавки для придания специфических свойств (например, регуляторы вязкости, повышение вязкости раствора способствует лучшему полированию).

При разработке новых травителей необходимо принимать во внимание химические свойства отдельных элементов. Полезно предусмотреть все возможные реакции с различными ионами и комплексами, присутствующими в

3 5

растворе. Ковалентный характер связей в соединениях А В обуславливает необходимость присутствия окислителя для разрыва связей, однако некоторые соединения имеют настолько большую степень ионности связи, что могут растворяться в HCl. Окислитель можно выбирать по таблице окислительно-восстановительных потенциалов [25, с. 38; 27].

Таблица 2. Травители для структур на основе InAs и GaSb

№№ Состав травителя Материал гетероструктуры Применение и особенности травления

InAs

1. HCl конц. InAs (1 1 1)А сторона травится быстрее, чем (1 1 1)В

2. HN03:HF:CH3C00H:Br2 (75:15:15:0.06) InAs (11 1)А сторона травится быстрее, чем (1 1 1)В

3. Н3РО4 In As/GaSb/ AlGaSb неселективный

4. H2S04:H202:H20 (1:8:80) InAs/AlSb травление мез

5. Вгг/метанол (0.5%) InAs скорость травления (1 1 1)В 1 мкм/мин

6. лимонная кислота:Н202:НзР04:Н20 (55:5:1:220) AlInAs/InGaAs травление мез скорость 480 А/мин

7. HN03:HF:CH3C00H (2:1:1) InAs Анизотропное тр-е

GaSb

1. НС1:Н202:Н20 (1:1:2) GaSb (1 1 1)А сторона травится быстрее, чем (1 1 1)В

2. HN03:винная кислота (1:3) GaSb (11 1)А сторона травится быстрее, чем (1 1 1)В

3. HF:HN03:H20 (1:1:1) ^ GaSb (11 1)А сторона травится быстрее, чем (1 1 1)В

4. HF:H202:H20 (2:1:20) GaSb Селективное травление ОаЗЬ, не травит 1пАэ

5. CH3C00H:HN03:HF (40:18:2) GaSb травление мез

6. Вг2/метанол (2%) GaSb лимитирующая стадия -диффузия

7. разбавленные щелочи GaSb, AlGaSb

8. H202:H2S04:HC1 (10:3:25) GaSb Анизотропный 5,7-11,5 мкм/мин

9. H20:H202:HF (12:5:3) GaSb Т=288К, выявление дислокаций

10. винная кислота:Н20:Н202:НР (25:22:22:1.5) Оа8Ь и большинство его твердых растворов

11. лимонная кислота:Н20:Н202:НР (5:5:1:0.5) Оа8Ь и большинство его твердых растворов

1.4.3. Формирование меза-структур

При изготовлении приборов мезаконструкции, например, светодиодов, р-ьп-фотодиодов, фототранзисторов, WGM лазеров и т.д. используют локальное травление слоев гетероструктуры. Травители применяющиеся при формировании приборных структур на основе 1пАб и ва8Ь и их твердых растворов приведены в таблице 2. Для каждой конкретной гетероструктуры выбирают свой травитель, этот выбор определяется составами твердых растворов и требованиями, предъявляемыми к форме мезы [25, 28].

1.5. Пассивация р-п-перехода

Пассивация поверхности в месте выхода р-п-перехода необходима для уменьшения эффектов, связанных с влиянием поверхностных состояний на объемные свойства полупроводника. Пассивация, также предотвращает появление различных нарушений, которые могут возникнуть со временем под действием физико-химических, электрических и температурных воздействий. Пассивация оказывает влияние на такие параметры прибора, как поверхностная рекомбинация, утечки и увеличение обратных токов р-п-перехода. Особо остро проблема пассивации стоит для фотоприемников, т.к. они работают при обратных смещениях, и поэтому важно иметь близкие к нулю поверхностные токи утечки для снижения шумов и порога чувствительности.

1.5.1. Анодное окисление

Некоторые полупроводниковые соединения образуют непроводящие анодные окислы, например ва8Ь и его твердые растворы. Для таких соединений эффективным методом пассивации является анодное окисление. Следует отметить, что помимо непроводящего собственного анодного окисла, важнейшим параметром является достаточная для протекания реакции

поверхностная проводимость полупроводника. Анодирование - это образование на поверхности анодно-поляризуемого электрода, пленки продуктов его анодного окисления. Основным преимуществом данного вида пассивации является рост оксида вглубь полупроводника, т.о. все загрязнения которые уже успели появиться на поверхности р-п-перехода окажутся на поверхности пленки оксида. Чаще всего эти пленки представляют собой оксиды материала анода, и процесс их образования называют оксидированием или анодным окислением. Для любого материала электрода скорость роста анодной пленки зависит как от напряженности поля в ней и, следовательно, от анодного тока, так и от состава электролита, который определяет скорость растворения соединений анодной пленки. Обычно выбирают электролиты неводные, в которых растворимость пленки минимальна. Анодирование можно проводить при постоянном токе, постоянном напряжении или в комбинированном режиме. Во всех случаях согласно закону Фарадея количество образующейся анодной пленки (1.2) и ее толщина (1.3), если скорость её растворения пренебрежимо мала, прямо пропорциональны количеству пропущенного электричества [22 с.83-85; 29 с. 177-178]:

п¥

(9)

р8 пРр

где ш - масса пленки, г; С) - количество пропущенного электричества, Кл; п -число электронов, теряемых атомом анода; М - молекулярная масса оксида в пленке; Г| - выход по току (эффективность тока); Р - число Фарадея, Кл/моль; 5 - толщина пленки, см; р - плотность пленки, г/см3; 1 - плотность анодного тока,

'•у

А/см ; Ь - время, с.

1.5.2. Нанесение диэлектрических пленок

Нанесение диэлектрических пленок для пассивации открытого р-п-перехода, в отличие от анодного окисления - метод который можно

использовать для любых полупроводниковых соединений. Однако, для разных соединений подходящими по параметрам будут разные диэлектрики. Использование нитрида кремния в качестве защитной маски обусловлено его высокими барьерными свойствами для диффузии молекул воды и кислорода, а также его низкой скоростью окисления. Надежное маскирование поверхности достигается при толщинах порядка 150 нм. Нитрид кремния отличается высокой химической стойкостью ко многим химическим реактивам: практически не взаимодействует с соляной кислотой. Достаточно активно реагирует лишь с плавиковой кислотой. Скорость травления может быть показателем качества пленки [14]. В основе получения пленки нитрида кремния, в силановом методе, стоит следующая реакция:

3SiH4+4NH3 Si3N4+12H2 Данная реакция может быть реализована высокотемпературным химическим осаждением (Т=970-1070°С) или относительно холодными методами использованием плазменной, лазерной, ВЧ активацией (Т=150-200°С).

Методы пассивации р-п-переходов применяемые для GaSb и InAs при изготовлении оптоэлектронных приборов для ИК области спектра

Для пассивации поверхности р-п-переходов оптоэлектронных приборов для ИК области спектра на основе GaSb хорошо подходит метод анодного окисления. GaSb и его твердые растворы при анодировании образуют не проводящие, плотные, бездефектные окисные пленки толщиной до 0,5 мкм удельным сопротивлением порядка 1014-^1016 Ом-см [22], и слабым встроенным зарядом. Процесс анодирования для GaSb проводят в электролите AGW (acid-glycol-water): смесь этиленгликоля с 3% водным раствором винной кислоты с рН 6,2 в потенциостатическом режиме. Потенциостатический режим является нестационарным режимом анодирования. Его достоинством является то, что толщина образующейся пленки строго зависит только от приложенного напряжения. В начальный момент при приложении к неанодированному

электроду повышенного напряжения начальная плотность тока 1Ь, ограничиваемая лишь сопротивлением ячейки (электролита и электродов), достигает больших значений. Затем она сначала очень быстро, а потом все медленнее, по экспоненте уменьшается, пока не станет равной остаточному току \т:

1=1ьехр(~р1:) + 1Т, (10)

где коэффициент (3 [с"1] зависит от условий анодирования: приложенного напряжения, природы электрода и образующийся анодной пленки, состава электролита, температуры, размеров ячейки, электродов и т.п. При потенциостатическом режиме и на аноде увеличение толщины анодной пленки приводит к постепенному уменьшению напряженности поля ^ в ней:

' 5 + А8

где 8 и А8 — толщина анодной пленки в момент X и ее приращение за время Д1

Дифференцируя это выражение по времени и учитывая, что Д5«5 получим:

= и с!А8 _ и_ ¿М _ и_ гМл_ (п)

Л ~(8 + А8)2' Л ~ 82' Л " 82' пРр'

где изменение скорости роста толщины пленки подчиняется закону Фарадея:

с1А8 гМп г. . . п Мп .ч-ч

—- = -=+ = [^ехр(-Д) + (13)

ш пр р пЬ р

При анодировании ваБЬ на поверхности образуется плотная, бездефектная пленка, состоящая из смеси окислов Оа и БЬ, а также смешанные окислы (БЬ, БЬО, 8Ь2Оз, 8Ь205 и т.д.).

Для пассивации поверхности р-п-переходов оптоэлектронных приборов для ИК области спектра на основе ГпАя метод анодного окисления не пригоден. В литературе описаны методы пассивации 1пАз и его твердых растворов, такие как сульфидная и сульфидно-нитридная пассивации [15, 30].

Выводы к главе 1

1. В литературе имеются сведенья о создании оптоэлектронных приборов в ближней ИК-области спектра (0.8-1.6 мкм), в то время как литература о технологии оптоэлектронных приборов на область спектра 2.0-5.0 мкм практически отсутствует;

2. В литературе уделено мало внимания способам формирования различных конфигураций оптоэлектронных приборов для области спектра 2.0-5.0 мкм;

3. В литературе почти нет сведений о влиянии формы оптоэлектронных приборов для области спектра 2.0-5.0 мкм, на их электролюминесцентные свойства.

Постановка задачи

Разработка и создание новых конструкций оптоэлектронных приборов в ИК-области спектра 2.0-5.0 мкм на основе эпитаксиальных гетероструктур ва8Ь и 1пАб, а также исследование влияния конструкции приборов на их электролюминесцентные и фотоэлектрические свойства.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать влияние формы оптоэлектронного прибора на внешний квантовый выход излучения лазеров и светодиодов;

2. Разработать принципиально новые методы постростовой обработки эпитаксиальных гетероструктур, как с целью создания нового типа полупроводникового лазера, так и для существенного улучшения электролюминесцентных характеристик светодиодов и фотоэлектрических характеристик фотодиодов для средней ИК-области спектра;

3. Исследование влияние конфигурации фотодиодного чипа на быстродействие и эффективность фотодиодов, работающих в средней ИК-области спектра.

Заключение диссертации по теме «Физика полупроводников», Серебренникова, Ольга Юрьевна

Основные результаты и выводы

1. Изготовлены флип-чип светодиоды с длиной волны 4.3 мкм на основе гетероструктур InAs/InAsSb, выращенных методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений. Изготовлены два типа конструкции светодиодов с гладкой световыводящей поверхностью и с развитым рельефом на поверхности. Исследованы электролюминесцентные свойства. Светодиоды с развитой световыводящей поверхностью имеют более высокие значения оптической мощности по сравнению со светодиодами с гладкой световыводящей поверхностью, что связано с увеличением выхода излучения из кристалла за счет многократного переотражения. Получено значение мощности при комнатной температуре в QCW режиме 30 мкВт при токе 200 мА и 0.6 мВт в импульсном режиме при токе 2А.

2. Созданы и исследованы неохлаждаемые быстродействующие GaSb/GalnAsSb/GaAlAsSb p-i-n-фотодиоды с длинноволновой границей спектральной чувствительности Я = 2.4 мкм и диаметром фоточувствительной площадки 100 мкм. Получение низкого уровня легирования активного слоя

15 —з

10 см ) позволило добиться низкой емкости фотодиода (менее 1.0 пФ при диаметре чувствительной площадки 100 мкм) и рекордного быстродействия (на уровне -150 пс). Предельное быстродействие фотодиодов достигает значения 1-1,5 ГГц. Фотодиоды характеризуются малой величиной обратного темнового тока (500-1000 нА при смещении 1-3 В) и обнаружительной способностью до 91010 смТц1/2 Вт-1 в максимуме спектральной чувствительности 1.9-2.2 мкм (Т=ЗООК).

3. Разработана технология создания фотоприемников «мостиковой» конструкции с разделением фоточувствительной и контактной областей. Проведены исследования фотоприемников такой конструкции, созданных на основе гетероструктуры GaSb/GalnAsSb/GaAlAs. При этом для разработанного фотоприемника «мостиковой» конструкции были достигнуты более низкие значения обратных темновых токов и более высокое значение быстродействия, чем для 100 мкм фотоприемников стандартной конструкции. В соответствии с оценкой времени нарастания/спада импульса фотоответа, приведенной выше, уменьшение концентрации носителей до 1015 см "3 в структуре с диаметром мезы 50 мкм позволит ожидать увеличения предельного быстродействия рассматриваемых фотодиодов до 10 ГГц. Такие фотодиоды перспективны для задач лазерной дальнометрии, гетеродинного приема квантовых каскадных лазеров, информационных технологий.

4. Проведены сравнительные исследования ватт-амперной чувствительности фотодиодов, содержащих как поглощающие, так и отражающие тыльные стороны фотодиодного чипа. Показано, что в случае использования криволинейной многократно отражающей поверхности на тыльной стороне фотодиодного чипа в виде полусферических ямок травления глубиной 60 мкм наблюдается повышение квантовой эффективности фотодиода в 1.3-1.7 раза во всем исследованном интервале длин волн 2.5-5.0 мкм. Полученные результаты служат подтверждением преимущества искривленных светоотражающих (и световыводящих) поверхностей при изготовлении оптоэлектронных приборов для среднего ИК-диапазона.

5. Разработаны конструкция и технология создания дисковых лазеров на основе квантоворазмерных гетероструктур ОаА1А88Ь/Оа1пА88Ь/СаА1Аз8Ь, работающих на модах шепчущей галереи (\УОМ). Резонатор в данной конструкции представляет собой активную область, выдающуюся за пределы мезы в виде диска, с такой гладкостью стенки, когда размер неровностей меньше длины волны излучения. Созданы лазеры со «связанными» резонаторами, и показано, что в полупроводниковом источнике инфракрасного излучения с двумя оптически «связанными» дисковыми резонаторами при включении по отдельности каждый из лазеров показывает многомодовую генерацию. При соблюдении условий, когда расстояние Ь между дисковыми резонаторами не превосходит 5 длин волн излучения, 0резонатора происходит выделение одной моды, и лазерная система входит в одномодовый режим генерации.

Моей семье посвящается

Считаю своим приятным долгом выразить глубокую благодарность моим научным руководителям Юрию Павловичу Яковлеву и Наталье Дмитриевне Ильинской за руководство работой, постоянный интерес и неоценимую поддержку.

Я также благодарна сотрудникам лаборатории инфракрасной оптоэлектроники И.А. Андрееву, В.В. Шерстневу, С.С. Кижаеву, Е.В. Куницыной, Е.А. Гребенщиковой, М.П. Михайловой, А.М.Монахову и Н.В. Зотовой за плодотворное сотрудничество, постоянный интерес и внимание к этой работе. Данная работа строится на результатах измерений проводимых в течение 5 лет при неоценимой поддержке С.И. Трошкова и С.Ю. Беловой. Хочу поблагодарить технологов Ю.М. Задиранова, B.JI. Щеглова, В.И. Ильину, О.В. Иванову, Е.М. Нинову, чье участие сделало возможным создание приборов описанных в данной работе. Я благодарна A.A. Хотиной и A.A. Трошиной за помощь в оформлении работы и моральную поддержку. Я искренне благодарна коллегам A.A. Усиковой, A.B. Зубовой, Е.М. Танклевской, A.B. Малевской, О.Н. Эйзнер за полезное обсуждение результатов и деловую благожелательную атмосферу.

Заключение

Исследования, результаты которых представлены в диссертации, были направлены на разработку технологии постростовой обработки гетероструктур

3 5 на основе твердых растворов узкозонных А В , создание и исследование светодиодов, лазеров и фотоприемников для среднего ИК диапазона.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Серебренникова, Ольга Юрьевна, 2011 год

Список литературы

1. R.H. Pierson, A.N. Fletcher and E.S. Gantz / Catalog of infrared spectra for qualitative analysis of gases // Anal. Chem., 1956, v.28, p.1218-1239

2. Курносов А.И., Юдин B.B. / Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем - М.: Высшая школа, 1986 . -367 с.

3. Куницына Е.В. Создание и исследование фотодиодных гетероструктур на основе узкозонных твердых растворов GalnAsSb: Дис. канд. физ.-мат. наук. -СПб, 1999 г.

4. Кижаев С.С. Создание и исследование источников спонтанного излучения на основе узкозонных гетерострутур InAsSb/InAsSbP, выращенных методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений: Дис. канд. физ.-мат. наук. - СПб, 2003 г.

5. Андреев В.М., Долгинов Л.М., Третьяков Д.Н. Жидкостная эпитаксия в технологии полупроводниковых приборов - М.: Советское радио, 1975г. -328 с.

6. Бобыль A.B., Карманенко С.Ф. Физико-химические основы технологии полупроводников - СПб: Изд-во Политехи. Ун-та, 2005 .-113с.

7. Березин Т.Н., Никитин A.B., Сурис P.A. Оптические основы контактной фотолитографии - М: Советское радио, Электроника, 1982 г., вып. 33.

8. Пресс Ф.П. Фотолитографические методы в технологии полупроводниковых приборов и микросхем - М: Советское радио, Электроника, 1978 г., вып. 18

9. Мокеев O.K., Романцев A.C. Химическая обработка и фотолитография в производстве полупроводниковых приборов и микросхем - М.: Высшая школа, 1979 г

10. Моро У. Микролитография, т. 1. и 2. - М.: Мир, 1990 .-1240с.

11. Боков Ю.С. Фото-, электроно- и рентгенорезисты. - М.: Радио и связь, 1982г

12. S. Wolf Microchip manufacturing // Lattice press, USA, Sunset beach, California, 2004, p. 565

13. Дорфман В.Ф. Микрометаллургия в микроэлектронике - М.: Металлургия, 1978 .-208 с.

14. Румак Н.В., Хатько В.В. Диэлектрические пленки в твердотельной электронике // Минск, Наука и техника, 1990

15. Химические эффекты при формировании электронной структуры

3 5

поверхности полупроводников А В , сульфидированной в растворах / Бессолов

B.Н., Коненкова Е.В., Лебедев М.В., Zahn D.R.T. // ФТП, 1999, том 41, вып. 5

16. Патент (19) RU(11)2340981 (13) С1 (51) МПК H01L31/18 (2006.01)

17. Снижение омических потерь и повышение мощности фотоэлектрических преобразователей на основе антимонида галлия / Солдатенков Ф.П., Сорокина

C.В., Тимошина Н.Х., и др. // ФТП, 2011, т.45, вып.9, с.1266-1273

18. Неохлаждаемые широкополосные флип-чип фотодиоды на основе InAsSb (^cutoff=4.5 мкм) / Закгейм А.Л., Зотова Н.В., Ильинская Н.Д., и др. // ФТП, 2009, т.43, вып.З., стр. 412-417

19. Исследование эффективности вывода излучения из меза-светодиодов на основе узкозонной активной области InAsSb / Гребенщикова Е.А., Именков А.Н., Кижаев С.С., и др. // ФТП, 2012, т. 46, в.2, стр. 247-251

20. Неравномерность пространственного распределения отрицательной люминесценции в фотодиодах на основе InAsSb(P) (длинноволновая граница Аол=5.2 мкм) / Карандашев С.А., Матвеев Б.А., Мжельский И.В., и др. // ФТП, 2012, т.46, в.2, с. 258-261

21. Быстродействие вертикально излучающих AlGaAs-лазеров с активной средой на основе субмонослойных внедрений In As / Надточий A.M., Блохин С.А., Мутиг А., и др // ФТП, 2011, т.45, в.5, с. 688-693

22. Батенков В. А. Электрохимия полупроводников. Учебное пособие // Барнаул Алт. гос. ун-та 1998

23. Вириблис С. Гальванотехника для мастеров. Справочник - М.: Металлургия, 1990г.-208с

24. Травление полупровоников ред. B.C. Хангулова - М.: Мир, 1965г.-382с

25. Луфт Б. Д. Физико-химические методы обработки поверхности полупроводников - М.: Радио и связь, 1982 г

26. Технология СБИС, ред. С. Зи, т. 1. и 2. - М.: Мир, 1986г.-455, 388с.

27. Ильинская Н.Д.: д.с.п. // Дисс. канд. физ.-мат. наук. - Л., 1986 г.

28. Faust, J.W., and A. Sagar, Effect of Polarity of the III-V Intermetallic Compounds on Etching // J. Appl. Phys., 31(2), 331-33 (1960)

29. Брук В.А., Гаршенин B.B, Курносов А.И. Производство полупроводниковых приборов - М.: Высшая школа, 1973 г.-264 с.

30. Сульфидная пассивация подложек InAs(lOO) в растворах Na2S / Львова Т.С., Седова И.В., Дунаевский М.С. И др. // ФТП, 2009, т.51, вып. 6, стр. 1055-1061

31. Ишинин Г.Г., Панков Э.Д., Андреев А.Л., Полыциков Г.В. Источники и приемники излучения - Спб: Политехника, 1991г.-239 с

32. Мухитдинов М., Мусаев Э.С. Светоизлучающие диоды и их применение -М.: Радио и связь, 1988г.-78с.

33. Коган Л.М. Полупроводниковые светоизлучающие диоды - М.: Энергоатомиздат, 1983г.-208с.

34. Берг А., Дин П. Светодиоды - М.: Мир, 1979г.-687с

35. Источники спонтанного излучения на основе арсенида индия. Обзор / Зотова Н.В., Ильинская Н.Д., Карандашев С.А., и др. // ФТП 42 (6), 641 (2008), с.610-657

36. Tetsuya Arizumi and Isamu Akasaki / Etch Patterns and Dislocation Etch Pits on Germanium with KI-I2 Redox System // Jpn. J. Appl. Phys., 1 (1962), p. 350-357

37. Высокоэффективные светодиоды спектрального диапазона 1.6-2.4 мкм для медицинской диагностики и экологического мониторинга / Стоянов Н.Д., Журтанов Б.Е., Астахова А.П. и др. // ФТП. 2003. Т. 37. В. 8. С. 996.

38. Серебренникова О.Ю. / Разработка быстродействующих p-i-n фотодиодов для спектроскопии веществ, лазерной дальнометрии и локации, высокоскоростной связи по открытому атмосферному каналу // Отчет о научно-исследовательской работе по проекту «Участник международного научно-инновационного конкурса» тема №28, проект №14023, этап 2, 2011г.

39. Длинноволновые фотодиоды на основе твердых растворов GalnAsSb с составом вблизи границы области несмешиваемости/ Андреев И.А., Куницына Е.В., Михайлова М.П., Яковлев Ю.П // ФТП, 1999, т.ЗЗ, вып.2, с.249-253

40. Don W. Shaw / Enhanced GaAs etch near near the edges of a protective mask // Journal of the electrochemical society, 1986, September, 958-959

41. Неохлаждаемые широкополосные флип-чип фотодиоды на основе InAsSb (lambda_cut off=4.5 мкм) / Закгейм А.Л., Зотова Н.В., Ильинская Н.Д., и др. // 2009, ФТП, т.43, 3, с. 412-417.

42. Sherstnev Y.V., Monakhov A.M., Grebenshikova E.A., Baranov A.N., Yakovlev Yu.P. Semiconductor source of infrared radiation (варианты). Pat. МПК2011 :H01S 5/34 H01L33/00. (Заявка на изобретение № 2011124703, приор, от 16.06.2011, входящий № 036481).

43. Физические принципы работы полупроводниковых дисковых лазеров / Н.С. Аверкиев, В.В. Шерстнев, A.M. Монахов, и др. // Физика низких температур, 2007, т.ЗЗ, № 2/3, с.378-387

44. Quantum Cascade Laser / J. Faist, F. Capasso, Deborah L. Sivco et al // Science, 1994, v. 264, n. 5158, p. 553-556.

45. J.B.Rodriguez, L. Cerutti and E.Tournie / GaSb-based, 2.2 pm type-I laser fabricated on GaAs substrate operating continuous wave at room temperature // App. Phys.Lett. 94, 023506 (2009)

46. О селекции мод в поперечных волноводах полупроводниковых лазеров на основе асимметричных гетероструктур / Слипченко С.О., Бондарев А.Д., Винокуров Д.А., и др. // ФТП, 2009, том43, вып.1

47. Изучение пространственных мод полудисковых лазеров на основе квантово-размерных наногетероструктур AlGaAsSb/InGaAsSb / А.Н. Именков, В.В. Шерстнев, Е.А. Гребенщикова, и др.// ФТП, 2011, т.45, вып.З, с.365-371

48. A.N. Baranov, R. Teissier, D. Barate, A. Vicet, C. Alibert, C. Renard, X. Marcadet, M. Garcia, C. Sirtori. Abstracts Book MIOMD-IV. Sixth Int. Conf. Mid-Infrared Optoelectronics Materials and Devices (St. Petersburg, Russia, 2004)

49. Semiconductor WGM lasers for mid-IR spectral range. / Sherstnev V.V., Monakhov A., Astakhova A.P., et al //Semiconductors (USA), 39(9), pp.1087-1092, (2005), (transl.of: Sov.Phys. Semicond (USSR), 39(9), ppl 122-1128, (2005))

50. Полупроводниковые WGM-лазеры среднего инфракрасного диапазона / В.В. Шерстнев В.В., Монахов А.М, Астахова А.П., и др. // ФТП, 2005, т. 39, вып. 9, с.1122-1128

51. Room-temperature lasing action in In0.51Ga0.49P/In0.2Ga0.8As microcylinder laser diodes / Levi A.F.J., Slusher R.E., McCall, et al. // Apll. Phys. Lett, 1993, 62(17), p. 2021-2023

52. Demonstration of an erbium-doped microdisk laser on a silicon chip / Kippenberg T. J, Kalkman J, Polman A, Vahala K. J. // Physical review a 74 , 2006, 051802(R)

53. Deformed Microcavity quantum cascade lasers with directional emission / Qi Jie Wang, Changling Yan, Laurent Diehl, et al. // New J. Phys. 11 , 2009, 125018

54. Far-field observation of the radial profile of visible whispering-gallery modes in a single microdisk based on Si-nanocrystal/Si02 superlattices / Se-Young Seo, Rong-Jun Zhang, Wolfgang Löffler, et al. // Journal of applied physics 106, 2009, 123102

55. Whispering-gallery mode microdisk lasers / McCall S. L., Levi A. F. J., Slusher R. E., Pearton S. J., et al. // Appl. Phys. Lett. 60 (3), 20 January 1992

56. Near-IR subwavelength microdisk lasers / Song Q., Cao H., Ho S. T., Solomon G. S. // Applied physics letters 94 , 2009, 061109

57. InAs quantum wires in InP-based microdisks: Mode identification and continuous wave room temperature laser operation / Seassal C., Letartre X., Brault J., Gendry M., et al. // J. Appl. Phys., Vol. 88, No. 11, 1 December 2000

58. Whispering gallery mode lasing in high quality GaAs/AlAs pillar microcavities / P. Jaffrennou, J. Claudon, M. Bazin, N. S. Malik, et al. // Applied physics letters 96, 2010, 071103

59. High-speed, low-voltage modulation in circular WGM Microresonators / Thiruvikraman Sadagopan, Seung June Choi, Sang Jun Choi, and P. Daniel Dapkus // 0-7803-8306-0/04, 2004 IEEE

60. GaN microdisk light emitting diodes / S. X. Jin, J. Li, J. Z. Li, // Appl. Phys. Lett., Vol. 76, No. 5, 31 January 2000

61. Protein detection by optical shift of a resonant microcavity / Vollmer F., Braun D., Libchaber et al // Appl. Phys. Lett., 2002, v.80, n. 21, p. 4057-4059

62. A. F. G. Monte, D. Rabelo, P. C. Morais / Optical properties of CdS nanoparticles embedded in polymeric microspheres // Journal of Alloys and Compounds 495 (2010) 436-438

63. Whispering gallery-mode lasing in ZnO microrods at room temperature / J. Dai, C.X. XU, K. Zheng, // Applied physics letters 95, 2009, 241110

64. Whispering-gallery mode resonators for highly uniderectional laser action /. Qi Jie Wang, Changling Yan, Nanfang Yu et al. // PNAS, december 28, 2010, vol. 107, no.52, 22407-22412

65. Marian O. Scully / Collimated unindirectional laser beams from notched elliptical resonators // PNAS, december 28, 2010, vol. 107, no.52, 22367-22368

66. A. Tulek and Z.V. Vardeny / Unindirectional laser emission from ^-conjugated polimer microcavities with broken symmertry // Appl. Phys. Lett., 90, 161106(2007)

67. High-power directional emission from microlasers with chaotic resonantors / Gmachl C., Capasso F., Narimanov E.E., et al. // Published in Science 280, 1556 (1998)

68. Tunability of notch angles in quantum cascade microlasers with highly deformed spiral resonators / Dongxia Qu, Richard Cendejas, Zhijun Liu, et al. // Applied physics letters, 93, 2008, 261116

69. Lasing modes in a spiral-shaped dielectric microcavity / Tea-Yoon Kwon, Soo-Young Lee, Michael S. Kurdoglyan et al. // Optics letters, Vol. 31, No. 9, May 1, 2006

70. Deciphering output coupling mechanisms in spiral microcavities with femtosecong light bullets / F. Courvoisier, V. Boutou, J. P. Wolf, et al. // Optics letters, Vol. 30, No. 7, April 1, 2005

71. Continuous wavw operation of a spiral-shaped microcavity laser / Chil-Min Kim, Jinhang Cho, Jinhyung Lee, et al. // Applied physics letters 92, 2008, 131110

72. T. Ben-Messaoud , J. Zyss / Unidirectional laser emission from polymer-based spiral microdisks // Applied physics letters 86, 2005, 241110

73. Unidirectional lasing from InGaN multiple-quantum-well spiral-shaped micropillars / G. D. Chern, H. E. Tureci, A. Douglas Stone et al. // Applied physics letters, volume 83, number 9, sptember 1 , 2003

74. Current-injection spiral-shaped microcavity disk laser diodes with unidirectional emission / G. M. Knessi, M. Teepe, N. Miyashita, et al. // Applied physics letters , volume 84, number 14, april 5, 2004

75. Single-mode laser action in quantum cascade lasers with spiral-shaped chaotic resonators / Ross Audet, Mikhail A. Belkin, Jonathan A. Fan, et al. // Applied physics letters 91, 2007, 131106

76. Fabrication of an InGaAs single quantum well circular ring laser by direct laser patterning / M. C. Shih, M. H. Hu, M. B. Freiler, et al. // Appl. Phys. Lett. 66 (20), 15 May 1995, 2608-2610

77. Experimental observation of whispering gallery modes in sector disk lasers / Monakhov A.M., Sherstnev V.V., Astakhova A.P. et al // Appl. Phys. Lett. 2009. V. 94. P. 051102.

78. Частотно-перестаиваемый полупроводниковый WGM-лазер (lambda= 2.35 мкм), работающий при комнатной температуре / Именков А.Н., Шерстнев В.В., Сиповская М.А., и др. // Письма в ЖТФ, 2009, т.35, в. 18,. 50-57.

79. Визуальное наблюдение частотной перестройки диодного лазера на основе мод шепчущей галереи при комнатной температуре / Именков А.Н., Шерстнев В.В., Сиповская М.А., и др. // Письма в ЖТФ, 2009, т. 35, в. 24, с. 52-58.

80. Интерференция лучей перестраиваемого полупроводникового WGM лазера / Именков А.Н., Шерстнев В.В., Дершевич А.И. и др. // Письма в ЖТФ, 2009, т. 35, в. 24, с. 12-19.

81. Интерференция излучения дисковыхлазеров на основе квантово-размерных наногетероструктур AlGaAsSb/InGaAsSb / А.Н. Именков, В.В. Шерстнев, A.M. Монахов, и др. // Письма в ЖТФ, 2010, том 36, вып. 13

82. Дисковые WGM-лазеры (lambda=2.4 мкм) с выпуклым резонатором, работающие при комнатной температуре / Гребенщикова Е.А., Ильинская Н.Д., Шерстнев В.В. и др. // Письма в ЖТФ, 2008, т. 34, в. 21, с. 27-32.

83. Алексеенко Я.В., Монахов A.M., Рожанский И.В. / Моды шепчущей галереи конического резонатора // ЖТФ, 2009, в. 11, с. 72-76.

84. High temperature GalnSbAs/GaAlSbAs quantum well singlemode continuous wave lasers emitting near 2.3 mkm / Yarekha D.A., Glastre G., Perona A., et al. // Electron. Lett., 2000, v. 36, n 6, p. 537-539.

85. D.A. Cohen, M. Hossein-Zadeh, A.F.J. Levi /High-Q microphotonic electro-optic modulator// Sol. St. Electron, 2001, v. 45, p. 1577-1589

86. Mid-infrared ring laser. / Sherstnev V.V., Krier A., Monakhov A.M. and Hill G. // Electronics Letters, (USA), 39(12), pp.916-917, (2003)

87. Anomalous polarization characteristics of 1.3-pm InGaAsP buried heterostructure lasers / Craft D.C., DuttaN.K., Wagner W.R. // Appl. Phys. Lett. 1984, v. 44. p. 823.

88. Поляризация излучения в квантово-размерном лазере на одном гетеропереходе / Аверкиев Н.С., Баранов А.Н., Именков А.Н., и др. // Письма в ЖТФ. 1987. Т. 13. В. 6. С. 332-337.

89. Поляризационная пьезоспектроскопия фотолюминесценции квантовой ямы GaAs/Alo.35Ga0.65As:Be / Аверкиев Н.С., Иванов Ю.Л., Красивичев А.А. и др. / ФТП, 2008, т. 42, в. 3, с. 322-326.

90. Полупроводниковый WGM-лазер с кольцевым резонатором, работающий при комнатной температуре / В.В. Шерстнев, Е.А. Гребенщикова, A.M. Монахов, // Письма в ЖТФ, 2009, том 35, вып. 16

91. Дисковые WGM-лазеры (к=2Л мкм) с выпуклым резонатором, работающие при комнатной температуре / Гребенщикова Е.А., Ильинская Н.Д., Шерстнев В.В., и др. // Письма в ЖТФ, 2008, т. 34, в.21, с.27-32