Современная электроника №9/2024

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 26 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 9 / 2024 метров, обработки результатов и их интерпретации. Эти действия лишь иногда приводили к неординарным открытиям. Тем не менее в результате таких рутинных исследований порой обнаруживались крайне важные науч- ные результаты. Так, например, было установлено, что такие параметры гетероструктуры, как толщина сло- ёв, уровень легирования и структура перехода могут оказывать заметное влияние на пороговый ток лазеров, что, в свою очередь, облегчает пере- ход к режиму непрерывной работы. Пороговый ток, определяющий минимальное значение, необходи- мое для начала генерации лазерно- го излучения, может быть снижен за счёт уменьшения толщины инверсно- го слоя, оптимизации уровня легиро- вания во внешних обкладках GaAs и AlAs и увеличения количества кван- товых ям. С другой стороны, повышение тем- пературы перехода может увеличить пороговый ток из-за увеличения тер- мической рекомбинации носителей [29]. Опыт и возможности группы Алфё- рова в исследованиях гетероструктур на основе элементов групп A III B V реали- зовались также в работах, связанных с поиском альтернативных кремнию материалов, предназначенных для импульсной силовой электроники. По сравнению с кремнием GaAs обладает большей шириной запре- щённой зоны и значительно большей подвижностью электронов. По отношению к другим традицион- ным материалам компонентов сило- вой электроники, таких, например, как SiC и GaN, арсенид галлия имеет относительно высокую электрическую прочность и достаточно малые време- на жизни носителей заряда. Немало- важным было то, что GaAs обладает также большей радиационной стой- костью. Поэтому нужно также отметить успехи группы Алфёрова в этих направлениях. В 1968 году была приня- та заявка на изобретение способа изго- товления полупроводниковых диодов на основе соединений A III B V [30]. В журнале «Физика и техника полу- проводников» в 1969 году была опу- бликована статья с результатами разработки высокоэффективных све- тодиодов на одиночных и двойных гетероструктурах [31]. Тиристорные p-n-p-n-переключатели на гетеропереходах были описаны в статье [32]. На метод использования тройных твёрдых растворов на основе арсени- да галлия для изготовления омических контактов полупроводниковых прибо- ров была принята заявка на изобрете- ние в 1970 году [33]. В этом же году был запатентован полупроводниковый фотоэлемент на основе гетероперехода GaAs-Al [34]. Тем временем конкуренты Алфё- рова тоже уверенно шли вперед. В 1969 году Хаяши, Паниш и Сумски из Bell Telephone Laboratories опублико- вали в апреле 1970 в журнале Applied Physics Letters статью о создании ДГС- лазеров на основе AlGaAs/GaAs с поро- гом всего 2300 А/см 2 [35]. Новые ДГС-структуры, полученные методом ЖФЭ для инжекционных лазеров, работающих в непрерывном режиме Поскольку газофазная эпитаксия имела ряд недостатков, основным из которых было соблюдение крайне строгого контроля температуры, дав- ления и состава газовой смеси, многие лаборатории мира стали отказывать- ся от ГФЭ. Поэтому начиная с конца 1960-х учёные, экспериментировав- шие с новыми ДГС-структурами, ста- ли постепенно переходить на метод жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ), пред- ложенный Х. Нельсоном (H. Nelson) в 1963 году [36]. Одним из реальных достижений группы Алфёрова была разработка модифицированного метода жидкост- ной эпитаксии, который был исполь- зован также в других лабораториях Физтеха. Разработанная в ФТИ методи- ка была внедрена в нескольких науч- но-технических организациях СССР. Эта технология была проста в реали- зации, экономически эффективна и является до сих пор одной из основных для получения GaAs p-n-переходов [37]. Упрощённая схема метода жидко- фазной эпитаксии (ЖФЭ) показана на рис. 7 [38]. Метод жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) заключается в наращива- нии тонкого монокристаллическо- го слоя из металлического расплава, насыщенного полупроводниковым материалом, на поверхности под- ложки. Идея ЖФЭ заключается в том, что при контакте подложки с пересыщен- ным раствором полупроводника в лег- коплавком растворителе (расплаве) при наступлении температурного рав- новесия подложки с твёрдым раство- ром из-за рекристаллизации целевого полупроводника происходит наращи- вание тонкой плёнки. С помощью ЖФЭ можно изготавли- вать эпитаксиальные слои толщиной от долей до сотен микрометров, леги- ровать эпитаксиальные слои, изготав- ливать многослойные эпитаксиаль- ные гетероструктуры. Процесс выращивания гетерострук- тур GaAs-AlGaAs ведётся в кварцевом реакторе в токе водорода. Продувка газом необходима для восстановле- ния оксидных плёнок на поверхно- сти подложек и расплава. В графитовую лодочку помещают раздельно монокристаллическую пла- стину из GaAs и нарезку Ga с добав- кой Al. Затем включают нагрев, и расплав наносят на пластину. Рост слоёв струк- туры начинается при температуре кристаллизации 970 ±5°C. После чего осуществляют охлаждение распла- ва, в течение которого происходит кристаллизация твёрдых растворов. Оставшаяся часть галлия удаляется путём травления в соляной кислоте. В методике, использованной груп- пой Алфёрова, охлаждение и кристал- лизация проводилась со скоростью 180°C/ч от 970°C до 870°C с последую- щим быстрым охлаждением со скоро- стью 2000°C/ч до комнатной темпера- туры. Эта описанная выше упрощённая схема описывает только основную лабораторную схему процесса. Совре- менное оборудование ЖФЭ работает под управлением специального ком- пьютера и не требует вмешательства оператора. Рис. 7. Упрощённая схема метода жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) Подъём и вращение Термопара Керамика высокой плотности Печь Держатель подложки из платиновой проволоки Платиновый тигель Решение для роста Фурнитура из оксида алюминия