5.2. Современные тенденции формирования aiiibv-структур

Технология производства приборов на основе полупроводниковых материалов типа A^IIIB^V позволяет применить ряд способов улучшения параметров изделий. Исследования в этой области, проводимые в настоящее время, направлены на разработку новых материалов, совершенствование технологических процессов, использование особенностей переноса носителей в полупроводниках.

Полупроводниковые материалы A^IIIB^V, структура которых совместима с подложками lnP, исследуются в настоящее время особенно активно. К таким материалам относятся ln_0,53Ga_0,47As и соединения ln_xGa_1-xP_(1-y). Интерес к указанным материалам определяется возможностью изменения ширины их запрещенной зоны, что позволяет создавать оптоэлектронные приборы, работающие на длинах волн, оптимальных для систем связи. Кроме того, эти материалы перспективны и для изготовления приборов для усиления и генерации, так как в ряде случаев величина максимальной дрейфовой скорости носителей в них выше, чем в GaAs.

Разработка новых технологических процессов открывает возможности для создания новых типов приборов микроэлектроники. Важное место среди таких приборов занимают транзисторы с проницаемой базой, появление которых стало возможным благодаря разработке методов эпитаксиального роста пленок. Кроме того, по мере уменьшения размеров приборов все большее значение приобретают новые технологические методы изготовления субмикронных структур.

Еще одним перспективным способом улучшения параметров создаваемых приборов является разработка новых приборных структур, использующих нетрадиционные процессы переноса носителей. Наиболее известным подходом для реализации таких свойств является уменьшение размеров приборов, позволяющее использовать преимущества явлений превышения скорости насыщения или баллистических явлений переноса. В настоящее время исследуется возможность создания таких условий переноса и в приборах с вертикальной структурой. Другая возможность изменить процесс переноса носителей - использование сжатия траекторий движения электронов. На этом принципе основана работа некоторых приборов с селективно легированными гетероструктурами.

Усовершенствование технологии выращивания материалов A^IIIB^V позволило создать принципиально новые типы приборных структур. Например, с помощью методов МЛЭ и эпитаксии из паров металлоорганических соединений удается выращивать гетероструктуры, у которых толщина слоев сравнима с длиной волны де Бройля электронов, находящихся в зоне проводимости. Движение электронов в таких структурах квантуется по дискретным состояниям. Использование подобных структур с потенциальными ямами позволило значительно улучшить параметры полупроводниковых лазеров. Сравнительно недавно сообщалось об изготовлении резонансного туннельного диода, у которого отрицательное дифференциальное сопротивление наблюдалось вплоть до 2,5 ТГц. По-видимому, это только первый образец из числа тех многих приборов, принцип работы которых будет основан на квантовомеханических явлениях.

В настоящее время развитие технологии достигло такого уровня, который позволяет сконцентрировать основное внимание на создании ИМС на GaAs и как на интересном объекте исследований, и как на перспективном классе приборов для будущих применений.

Сейчас можно сказать, что ИМС СВЧ - диапазона на основе GaAs будут широко применяться в разрабатываемых военных системах и найдут относительно большой рынок сбыта в системах приема телевизионных программ со спутников. Во многих отношениях РТС СВЧ на GaAs находятся вне конкуренции. Превосходные характеристики приборов на GaAs в СВЧ - диапазоне и возможность изготовления полуизолирующих подложек, необходимых для изготовления ИМС, обеспечивают бесспорные преимущества схем на GaAs перед кремниевыми ИМС. Существуют прикладные задачи, решение которых возможно только при использовании таких ИМС. Прекрасным примером этого является разработка активных элементов радиолокаторов.

Цифровые интегральные схемы на GaAs, по-видимому, составят конкуренцию кремниевым ИМС. Сравнение потенциальных возможностей двух упомянутых классов ИМС для применений, требующих высокого быстродействия. По внутренним параметрам приборов, так и по их характеристикам с учетом влияния межсоединений показало, что выигрыш в увеличении быстродействия схем на GaAs практически исчезнет при переходе к изготовлению ИМС со сверхбольшим уровнем интеграции (> 100000 бит). Таким образом очевидно, что в будущем цифровые ИМС на GaAs окажутся незаменимыми в тех областях, где требуется высокое быстродействие. Однако, насколько широкими окажутся эти области применений, пока не ясно /11/.