Молекулярно-пучковая эпитаксия с плазменной активацией азота слоев и гетероструктур в системе (Al,Ga)N с высоким содержанием Al для ультрафиолетовой оптоэлектроники

• Автор: Мизеров, Андрей Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 126 с. : ил.

Содержание
Содержание

Список сокращений

Введение

Глава 1 Выращивание III-N слоев и гетероструктур (обзор)

1.1. Свойства нитридов металлов третьей группы

1.2. Метод молекулярно-пучковой эпитаксии нитридных соединений с плазменной активацией азота

1.2.1. Особенности реализации МПЭ в случае роста нитридов.

1.2.2. Управление полярностью слоев A3N в случае их роста

МПЭ ПА
1.2.3. Генерация упругих напряжений в гетероструктурах на основе A3N и основные механизмы их релаксации
1.2.4. Особенности кинетики роста A3N соединений методом МПЭ ПА
1.3. МПЭ ПА бинарных соединений A3N
1.4 МПЭ ПА тройных соединений A3N
1.5 Особенности релаксации упругих напряжений
при росте AlGaN
1.6 Зависимость ширины запрещенной зоны AlxGai.xN
от содержания А
1.7 Метод цифровых твердых растворов (“digital alloying”)
Глава 2 Описание установки молекулярно-пучковой
эпитаксии с плазменной активацией азота COMPACT 21Т и методы диагностики
2.1 Устройство и основные системы установки МПЭ ПА
2.2 Методы in situ характеризации роста при МПЭ ПА
2.3 In situ калибровка потоков

Глава 3 Кинетика роста слоев в системе (А1, Са)1Ч при молекулярно-пучковой эпитаксии с плазменной активацией 57 азота
3.1 Описание эксперимента
3.2 Феноменологическая модель роста соединений (А1, Оа)И
при МПЭ ПА
3.3 Исследования полярности слоев в системе (А1. Са)И выращенных МПЭ ПА
3.3 МПЭ ПА слоев в системе (А1, ва)И в различных стехиометрических условиях роста
3.3.1 Единичные стехиометрические условия роста
3.3.2 Азот-обогащенные условия роста
3.3.3 Металл-обогащенные условия роста
Глава 4 Получение гетероструктур АЮаК для оптоэлектроники ультрафиолетового диапазона методом молекулярно-пучковой эпитаксии с плазменной активацией... ^
4.1 Структурные исследования гетероструктур АЮаИ
4.2 Выращивание гетероструктур АЮаИ с квантовыми ямами методом СДЭ
4.3 Выращивание легированных примесями п- и р-типа слоев

4.4 Получение источников УФ излучения на основе
гетероструктур АЮаИ
Заключение
Цитируемая литература
Основные работы, включенные в диссертацию

Список сокращений
Обозначение Расшифровка
УФ Ультрафиолетовый
ЛД Лазерный диод
СИД Светоизлучающий диод
МПЭ Молекулярно-пучковая эпитаксия
>Щ3-МПЭ Аммиачная молекулярно-пучковая эпитаксия
МПЭ ПА Молекулярно-пучковая эпитаксия с плазменной
активацией азота
ГФЭМОС Газофазная эпитаксия из металлоорганических соединений
МС Монослой
КЯ Квантовая яма
СДЭ Субмонослойная дискретная эпитакися
ГС Г етероструктура
ФЛ Фотолюминесценция
ЭЛ Электролюминесценция
ЛР Лазерная рефлектометрия
ДОБЭ Дифракция отраженных быстрых электронов
РД Рентгеновская дифракция
РЭМ Растровая электронная микроскопия
ПЭМ Просвечивающая электронная микроскопия
АСМ Атомно-силовая микроскопия
КРСМА Количественный рентгеноспектральный микроанализ
СР Сверхрешетка

применение Ga-обогащенных условий роста с более высоким по сравнению с ростом A1N и GaN, значением отношения Fw/FAr>1.3, которое необходимо увеличивать при увеличении содержания А1 в слоях AlGaN. Поэтому в данной диссертационной работе основное внимание уделялось развитию металл-обогащенных условий МПЭ ПА слоев и ГС AlGaN, которые в течение последних двух лет позволили группе T.Moustakas et al., получить ГС с КЯ, которые оптически активны в спектральном диапазоне 220-300 нм [55]. Эти же условия позволили получить рекордные результаты для МПЭ технологии по росту УФ СИД с длиной волны излучения 277 нм и выходной мощностью 0.35(1.3) мВт при значениях постоянного и импульсного прямого токов 20(100)мА, соответственно, что сопоставимо с лучшими результатами, полученными с помощью газофазных технологий [56].
1.5 Особенности релаксации упругих напряжений при росте AlGaN
Исследования состава и степени релаксации напряжений тройных соединений A3N является важнейшим инструментом, позволяющим установить влияние упругих напряжений на кинетику их роста и добиться высокого структурного совершенства выращиваемых соединений. Как правило, для этого используется метод рентгеновской дифракции распределения интенсивности в обратном пространстве (reciprocal space mapping - RSM), позволяющими определить как состав выращенного соединений, так и степень релаксации упругих напряжений R=l-Emea/ecoh ' где ecoh упругая деформация полностью напряженного слоя и e,mas значение упругой деформации, измеренное методом RSM. В известной нам литературе основное внимание уделяется влиянию релаксации упругих напряжений на структурное качество гетероструктур A3N, при этом недостаточно исследовано их влияние на кинетику роста этих гетероструктур. В работах [57-59] наблюдалось увеличение степени релаксации упруго сжатых слоев AlGaN при отклонении линий краевых прорастающих дислокаций от направления роста [0001], как показано на