Молекулярно-пучковая эпитаксия нитридов металлов для светодиодов ультрафиолетового диапазона

• Автор: Борисов, Борис Александрович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 165 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Свойства, применение и особенности получения нитридов
металлов третьей группы
1.1. Основные свойства и применение Ш-нитридов
1.2. Способы получения эпитаксиальных пленок нитридов
металлов третьей группы
2. Экспериментальные методики и постановка экспериментов
2.1 Конструктивные и функциональные особенности установки
МПЭЭПН
2.1.1 Структура установки ЭПН
2.1.2 Подготовка и проведение эпитаксиального роста на установке ЭПН
2.2. Конструктивные и функциональные особенности установки
МПЭ RIBER 32Р
2.2.1. Структура установки RIBER
2.2.2. Особенности использования яркостного пирометра для контроля ростового процесса в МПЭ
2.2.3 Подготовка и проведение эпитаксиального роста на установке RIBER 32Р
2.2.4. Особенности использования силана для легирования 111-нитридов кремнием в установке РИБЕР
2.2.5. Особенности использования эффузионной ячейки в качестве источника магния
2.3. Измерение параметров эпитаксиальных структур
2.3.1. Установка для измерения катодолюминесценции
2.3.2. Установка для измерения электрических параметров по эффекту Холла
2.3.3 Омические контакты к легированным слоям п- и р-типа
проводимости
3. Рост полупроводниковых слоев GaN, AIN и твердых растворов
на их основе методом МПЭ
3.1. Начальная стадия эпитаксиального роста
3.1.1. Эпитаксиальный рост на Si(lll)
3.1.2. Эпитаксиальный рост на AI2O3 (0001)
3.2. Кинетика эпитаксиального роста нитридов III группы
3.3. Кристаллические и оптические свойства коротко пер йодных сверхрешеток AIN/AlGaN
4. Получение и свойства светодиодов с излучением в УФ области
на основе гетероструктур AlGaN
4.1 Легирование сплавов AlGaN
4.1.1. Легирование слоев AlxGa;.xN кремнием в диапазоне составов
0.56<х<
4.1.2. Легирование слоев AxlGaj.xNмагнием (0<х<0.35)
4.1.3. Легирование и электрические свойства короткопериодных сверхрешеток
4.2. Оптические и электрические свойства светодиодов на основе КПСР, излучающих в дальней УФ области
4.3. Рост и оптические свойства квантовых точек AlGaN
Заключение
Список цитируемой литературы

Введение
Нитриды элементов III группы (далее Ш-нитриды), включающие три двойных соединения семейства AIN, GaN, InN и их сплавы, представляют собой широкозонные ' полупроводники с прямыми оптическими переходами и стабильными физическими и химическими свойствами. В настоящее время они считаются одними из наиболее перспективных материалов для разработки новых типов оптоэлектронных устройств, работающих в широком диапазоне длин волн от видимой до дальней УФ областей спектра, а также мощных СВЧ приборов, способных функционировать в агрессивных средах и при высоких температурах.
Несмотря на достигнутый в последние годы значительный технологический прогресс в разработке и создании эффективных светодиодов и лазерных диодов, излучающих в сине-зеленой и ближней УФ области, эффективность излучения в дальней УФ области спектра (к < 300 нм) остается очень низкой. Однако потребность в таких светоизлучающих приборах чрезвычайно высока. К основным областям их применения можно отнести: эффективные источники белого света вместо ламп накаливания, устройства оптической записи информации повышенной плотности, приборы для микроанализа состава биологических сред и т. д.
Ключевой проблемой при получении высококачественных пленок III-нитридов является отсутствие подходящих подложек, имеющих соответствующие параметры кристаллической решетки и коэффициент теплового расширения. Так, традиционные подложки из сапфира и кремния, на которых выращивают слои III-нитридов, имеют, например, для GaN рассогласование 14% и 17% соответственно. Начальная стадия роста, на которой происходит «согласование» кристаллических решеток подложки и пленки, в этом случае оказывает решающее влияние на структурные, электрические и оптические свойства получаемых полупроводниковых слоев и гетероструктур.

избежание попадания атмосферного воздуха, через отдельную линию перегоняется в ловушку, залитую жидким азотом. После окончания перегонки азотная ловушка отсекается, а камера роста через цеолитовую ловушку откачивается форвакуумным насосом до давления ~1 Па и затем открывается основной шибер.
Система управления и контроля установки ЭПН-1 представляет собой совокупность управляющей электроники, предназначенной для контроля уровня вакуума в системе и для- управления нагревом источников и температурой образца. Для автоматического управления ростовым процессом нами были разработаны модули, совместимые с компьютером IBM PC/AT. Оригинальное программное обеспечение, написанное на. языке C++, имеет простой и удобный интерфейс и предоставляет следующие возможности:
♦ нагрев молекулярных источников и образца с заданной скоростью;
♦ отображение параметров процесса в графическом виде на экране дисплея в реальном времени;
♦ сохранение протокола ростового процесса* на жестком диске для последующего анализа.
2.1.2 Подготовка и проведение эпитаксиального роста на установке ЭПН
На установке ЭПН-1 выполнялся рост GaN и InGaN материалов на сапфировых подложках (а-А1203) с ориентацией (0001). Подложки имели квадратную 10x10 мм2 или круглую с d=10 мм формы. Стандартной методикой крепления подложек для материалов А3В5 является приклейка их с помощью расплавленного индия к молибденовому держателю. Проведенные предварительные исследования показали, что данная методика совершенно не приемлема в нашем случае из-за слишком высоких температур роста GaN и плохой смачиваемости сапфира индием. Нами были разработаны т.н. «безиндиевые» держатели, имеющие отверстие по центру. В этом случае подложка нагревается прямым, излучением от нагревателя. Поскольку сапфир