25
Дифракция медленных электронов является чувствительным методом
исследования поверхностной структуры, микроструктуры и степени гладкости. Она
используется также для контроля за изменением структуры верхних атомных слоев и
для наблюдения топографии поверхности (особенно на ранних стадиях роста). Метод
электронной оже-спектроскопии используется для изучения химического состава
поверхности подложки, определения химического состава растущего слоя, наблюдения
за обогащением поверхности примесями (при условии концентрации примеси более
1% от числа поверхностных атомов), но метод недостаточно чувствителен для
изучения типичных уровней легирования в полупроводниковых приборах порядка
одной миллионной. Масс-спектроскопия вторичных ионов служит мощным методом
определения химического состава внешних атомных слоев твердого тела. Он обладает
более высокой чувствительностью, чем оже-спектроскопия. Эллипсометрия позволяет
контролировать толщину пленок, отличных по составу от подложки. Другие
оптические методы обеспечивают контроль за интенсивностью молекулярных пучков.
В целом установка МЛЭ является сложным устройством со множеством
контролируемых параметров. Поэтому современные установки МЛЭ управляются
обычно мощными компьютерами.
Выбор подложки для нанесения пленки определяется типом квантово-
размерной структуры, которую необходимо получить. Эпитаксиальное наращивание
пленки для получения гетероструктуры с двумерным электронным газом пли
сверхрешетки требует согласования постоянных решетки для предотвращения
образования дислокаций несоответствия. Создание же нуль-мерных структур за счет
эффектов самоорганизации, наоборот, предполагает наличие рассогласования решеток
для появления механических напряжений. Выращивание высококачественных
эпитаксиальных слоев методом МЛЭ требует тщательности в подготовке подложек,
поскольку в методе МЛЭ, как правило, не используется очистка поверхности в самой
камере роста, за исключением удаления окисных слоев.
Введение примесей при МЛЭ обычно осуществляется с помощью
дополнительных эффузионных ячеек, содержащих необходимый легирующий элемент.
Многие примеси, используемые при других формах эпитаксии, оказываются
неподходящими для МЛЭ. В процессе МЛЭ успешно используются лишь те
легирующие материалы, атомы которых быстрее связываются с поверхностью, чем
испаряются с нее. Результирующие электрические и оптические свойства пленок
зависят от соотношения потоков основных элементов и потока примеси, температуры
подложки, а также характера реального встраивания примеси в решетку и степени их
электрической активности. Наиболее важными проблемами для большинства:
примесей являются накопление их на поверхности, десорбция, образование на
поверхности соединений, образование комплексов и автокомпенсация.
Наиболее изучены к настоящему времени примеси в GaAs. Акцепторными
свойствами, наиболее приемлемыми в GaAs, обладают бериллий и магний. Германий
обладает амфотерными свойствами, и его практическое применение ограничивается
необходимостью тщательного выбора и поддержания температуры подложки и
соотношения потоков мышьяка и галлия. Наиболее удачной легирующей примесью
является бериллий. Он позволяет получать p-GaAs с концентрацией до 2·10
20
см
-3
. При
введении Be не возникает сегрегации или аномальной объемной диффузии примеси.
Концентрация активных акцепторов оказывается прямо пропорциональной
температуре эффузионной ячейки, т. е. давлению пара Be. Каждый атом Be создает
активный акцептор с уровнем, лежащим на 30 мэВ выше края валентной зоны.
Донорными свойствами в GaAs обладают кремний, олово, сера и селен.
Германий, как амфотерная примесь, при определенных условиях тоже позволяет
получить n-тип проводимости. Удобной примесью является олово. Концентрация
активных доноров прямо пропорциональна потоку Sn в молекулярном пучке и может