Поверхность, границы раздела, тонкие пленки

Снижение плотности дислокаций в метаморфных гетероструктурах путем оптимизации конструкции буферного слоя с нелинейным профилем изменением состава

М. Ю. Чернов, В. А. Соловьев, С. В. Иванов

Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия

Аннотация: Проведены расчеты равновесного распределения плотности дислокаций несоответствия вдоль направления эпитаксиального роста метаморфного буферного слоя In$_x$Al$_{1-x}$As/GaAs с максимальным содержанием In $x_{\mathrm{max}}\ge$ 0.77 и различными нелинейными профилями изменения состава вида $x\varpropto z^{1/n}$. На примере “корневого” ($n$ = 2) буферного слоя In$_x$Al$_{1-x}$As рассмотрено влияние начального состава буфера $(x_{\mathrm{min}})$ на плотность дислокаций несоответствия и величину остаточных напряжений в его верхней части. Показано, что перед упруго растянутым слоем GaAs толщиной 1–10 нм, вставленным в метаморфный буферный слой InAlAs, формируется свободная от дислокаций область, что согласуется с экспериментальными данными, полученными ранее для ряда метаморфных гетероструктур методом просвечивающей электронной микроскопии. Предложен нелинейный профиль изменения состава метаморфного буферного слоя, позволяющий получать вдвое меньшую плотность дислокаций, чем корневой профиль. Кроме того, представлены результаты расчетов равновесного распределения плотности дислокаций несоответствия по толщине метаморфных транзисторных гетероструктур с высокой подвижностью электронов в двумерном канале, содержащих метаморфный буферный слой In$_x$Al$_{1-x}$As различной конструкции и двумерный электронный канал In$_{0.75}$Ga$_{0.25}$As/In$_{0.75}$Al$_{0.25}$As. В случае использования в транзисторных гетероструктурах с высокой подвижностью электронов в двумерном канале метаморфного буферного слоя с корневым и оптимизированным профилем изменения состава установлены значения обратной ступени, представляющей собой разницу между конечным составом буфера In$_x$Al$_{1-x}$As и составом слоя-виртуальной подложки In$_{0.75}$Ga$_{0.25}$As, при которых релаксация упругих напряжений в двумерном электронном канале In$_{0.75}$Ga$_{0.25}$As/In$_{0.75}$Al$_{0.25}$As отсутствует.

Ключевые слова: метаморфные гетероструктуры, метаморфный буферный слой, дислокации несоответствия, упругие напряжения, In(Ga,Al)As/GaAs.

Поступила в редакцию: 26.04.2023
Исправленный вариант: 02.05.2023
Принята в печать: 02.05.2023

DOI: 10.21883/FTP.2023.03.55627.4915

Реферативные базы данных:

•