Лекции по гетеропереходам / курс лекций физика и технология полупроводниковых наноструктур / 09_напряжнные квантовые ямы
.pdf
|
сжатие |
растяжение |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Постоянная решетки свободная |
d > d0 |
|
d < d0 |
|
||||
Постоянная решетки в плоскости |
dII = d0 < d |
dII = d0 > d |
||||||
интерфейса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Постоянная решетки в |
d > d > d0 |
d < d < d0 |
||||||
направлении роста |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Двухосное напряжение εII |
|
d0 |
−1 < 0 |
|
d0 |
−1 > 0 |
||
|
|
|
||||||
|
|
d |
|
|
d |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Гидростатическая компонента |
|
|
hy |
> 0 |
|
|
hy |
< 0 |
|
∆EC |
∆EC |
||||||
|
∆Ehy |
< 0 |
∆Ehy |
> 0 |
||||
|
|
|
V |
|
|
|
V |
|
|
|
|
||||||
Сдвиговая компонента |
∆EHshH > 0 |
∆EHshH < 0 |
||||||
|
∆ELHsh |
< 0 |
∆ELHsh |
> 0 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 9 стр. 11
гидростатическая и сдвиговая |
гидростатическая |
|
E |
E |
|
|
|
|
|
|
|
растяжение
LH
HH, LH
HH
E
ненапряженный
HH, LH
гидростатическая |
|
гидростатическая и сдвиговая |
E |
|
E |
|
|
|
|
|
|
сжатие
HH
HH, LH
LH
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 9 стр. 12
Учет влияния упругого напряжения на энергетические уровни
1.Расщепление зон тяжелых и легких дырок (более сильное, чем расщепление уровней за счет размерного квантования).
2.Модификация зависимости ширины запрещенной зоны от состава за счет дополнительного вклада напряжения
3.Разный характер основного дырочного состояния в случае сжатия и напряжения
4.Выталкивание подзоны легких дырок из ямы в случае сжатия.
5.Пересчет уровней размерного квантования с учетом разрывов зон, модифицированных напряжением
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 9 стр. 13
|
1,6 |
|
|
|
|
|
|
1,4 |
|
|
|
|
|
эВ |
1,2 |
|
|
|
|
|
зоны, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
запрещенной |
1,0 |
|
|
напряженный |
|
|
0,8 |
|
ненапряженный |
|
|
||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Ширина |
0,6 |
|
|
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
|
|
0,0 |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
1,0 |
|
|
|
Мольная доля InAs |
|
|
|
Ход ширины запрещенной зоны (E-HH) для свободного InGaAs и упругонапряженного InGaAs на GaAs
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 9 стр. 14
|
830 |
|
|
|
|
|
|
мэВ |
820 |
|
|
|
xIn=53.3% |
|
|
|
|
|
|
согласовнный состав |
|
||
77К, |
810 |
растяжение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
при |
|
|
|
|
|
|
|
800 |
(~4 мэВ/%) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
зоны |
|
|
|
|
|
|
|
790 |
|
|
|
|
|
|
|
запрещенной |
|
|
|
|
|
|
|
780 |
|
|
|
сжатие |
|
|
|
770 |
|
|
|
(~8 мэВ/%) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Ширина |
760 |
|
|
|
|
|
|
750 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
48 |
50 |
52 |
54 |
56 |
58 |
|
|
|
|
Мольная доля InAs, % |
|
|
|
Ширина запрещенной зоны напряженных слоев InGaAs на InP при |
|||||||
растяжении и сжатии
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 9 стр. 15
Метаморфный рост
отрелаксировавший
InGaAs
|
дислокация |
Переходный |
несоответствия |
слой InGaAs |
(интерфейсная) |
|
GaAs
d//
При метаморфном росте происходит неупругая (пластическая) релаксация напряжения за счет образования дислокаций несоответствия.
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 9 стр. 16
Средняя постоянная решетки псевдоморфного слоя:
δ≡ d d−0 d0 =δ(1+ D − DR)
δII ≡ dIId−0 d0 =δR
R – степень релаксации
R = 0 соответствует упруго-напряженному (псевдоморфному) случаю R = 1 соответствует упруго-напряженному (псевдоморфному) случаю
При использовании специальных технологических приемов роста буферного слоя степень релаксации может быть близка к 100%
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 9 стр. 17
Измерение химического состава кристалла рентгеновскими методами (Θ- 2Θ сканирование) и степень релаксации напряжения
источник рентгеновского |
приемник |
излучения и монохроматор |
Θ
d
исследуемый кристалл
Условие рентгеновской дифракции (Вульфа-Брэгга): 2d sin(Θ)= mλ,
где m – целое число (дифракционный порядок)
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 9 стр. 18
|
|
AlGaAs/GaAs |
|
GaAs |
#4981 |
|
|
1 |
x=78%, ~0.85um |
|
|||
|
|
подложка |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-316" |
|
|
|
|
0,1 |
|
|
AlGaAs |
|
|
|
|
|
слой |
|
|
|
count |
0,01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1E-3 |
|
|
|
|
|
|
1E-4 |
|
|
|
|
|
|
|
-600 |
-400 |
-200 |
0 |
200 |
|
|
|
|
∆θ, arc.sec. |
|
|
Пример кривой рентгеновского качания для слоя AlGaAs на GaAs
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 9 стр. 19
Из брэгговского условия следует, что при сканировании вблизи дифракционного рефлекса подложки (Θ0), дифракционный угол эпитаксиального слоя (∆Θ) связан с постоянной решетки соотношением:
δ ≡ d d−0 d0 = −∆Θctg(Θ0 )
С другой стороны
δ = d −d0 (1+ D − DR) d0
dInX Ga1−X As = xdInAs +(1− x)d0 (для случая InGaAs на GaAs)
Следовательно, определяемый химический состав: x = − 1+ D1− DR ∆Θ dInAsd0−d0 ctg(Θ0 )
А.Е.Жуков, Физика и технология полупроводниковых наноструктур, гл. 9 стр. 20