Российские физики изобрели новый способ выращивания пленок полупроводников группы арсенида галлия на кремниевых подложках. Применяя этот метод к разным материалам, можно будет создавать новые эффективные элементы для солнечных батарей, светодиодов и компьютеров. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Surface Science.

Свойства арсенида галлия (GaAs) позволяют применять его в мощных полупроводниковых лазерах и других оптоэлектронных приборах, кроме того, этот материал устойчив к радиации. Однако арсенид галлия уступает кремнию по ряду характеристик. Совмещение полупроводников группы GaAs (AIIIBV-полупроводников) с кремниевыми подложками — уникальный шанс объединить преимущества передовых полупроводниковых материалов с возможностями кремниевой технологии.

Выращиванию пленок арсенида галлия на кремниевой подложке препятствует разница в параметрах кристаллических решеток материалов и коэффициентах температурного расширения. Чтобы решить это проблему, ученые из Уральского федерального университета и Воронежского государственного университета ранее использовали дополнительный слой пористого кремния. Подложку с таким слоем называют «податливой», так как пористый кремний подстраивается под кристаллическую решетку следующего слоя. В новом исследовании ученые объединили в структуре подложки пористый кремний и сверхструктурный слой на основе арсенида галлия.

«Мы считаем, что использование сверхструктурного слоя — ключевой фактор в более эффективном перераспределении напряжений в гетероструктурах, — отмечает один из соавторов работы Павел Середин. — Конечно же, здесь еще очень много работы. Но мы полагаем, что использование податливых подложек, в которые введены такие дополнительные слои, позволит улучшить структурные и морфологические свойства эпитаксиальной пленки, а также добиться ее хороших оптических характеристик. Еще одна интересная идея в этой области, которую мы хотели бы реализовать, — использование податливых подложек для объединения AIIIBV-полупроводниковых систем в одномерной форме с кремниевой схемой обработки сигналов».

Новая технология включает обработку кремниевой подложки, формирование слоя пористого кремния и последующее осаждение на него тонких слоев полупроводников из газообразной фазы. Исследования полученных гетероструктур несколькими структурно-спектроскопическими методами показали, что введение в состав податливой подложки сверхструктурного слоя нивелирует ряд негативных эффектов эпитаксиального роста (направленного роста одного кристалла на поверхности другого). В пленках образуется меньше дефектов, чем при традиционной технологии. Кроме того, новый способ позволяет сократить число технологических операций по росту переходных буферных слоев.