Оптимизация технологических условий эпитаксиального роста толстых слоев нитрида галлия

• Автор: Вороненков, Владислав Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 174 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Теоретический анализ процесса хлорид-гидридной газофазной эпитаксии

1.1 Равновесный термодинамический анализ

1.1.1 Введение

1.1.2 Поиск минимума энергии Гиббса в многокомпонентной системе

1.1.2.1 Алгоритм NASA

1.1.2.2 Метод последовательного уравновешивания реакций

1.1.2.3 Источники данных о термодинамических свойствах веществ

1.2 Анализ основных реакций хлорид гидридной газофазной эпитаксии

1.2.1 Хлорирование галлия

1.2.2 Доставка хлоридов галлия при пониженных температурах
1.2.3 Осаждение GaN
1.2.3.1 Осаждение GaN из GaCl и NH;!
1.2.3.2 Осаждение GaN из GaCl3 и NH
1.2.4 Стабильность GaN в атмосфере азота и аммиака
1.2.5 Осаждение хлорида аммония в выпуске реактора
1.3 Очистка ростовой камеры от осадков GaN
1.3.1 Выбор оптимальных условий очистки
1.4 Химическая стойкость материалов в среде ХГФЭ реактора
1.4.1 Оксиды
1.4.1.1 Кварц (S1O2)
1.4.1.2 Сапфир (А120з)
1.4.2 Кремний
1.4.3 Графит
1/1.4 Карбид кремния (SiC)
1.4.5 Нитриды
1.4.6 Металлы
1.4.6.1 Платиновые металлы

1.4.6.2 Молибден и вольфрам
1.4.7 Разложение аммиака на материалах
1.4.8 Выводы
1.5 Термодинамический анализ процесса осаждения
1.5.1 Приближение обедненного слоя и условие его применимости
1.5.2 Расчет скорости роста в приближении обедненного слоя
1.5.2.1 Определения
1.5.2.2 Влияние эффективности хлорирования
1.5.2.3 Влияние водорода
1.5.2.4 Влияние температуры
1.5.2.0 Травление GaN
1.5.2.6 Выращивание тонких слоев
1.5.2.7 Выводы
1.6 Моделирование ючения ia-за в ХГФЭ реакторе
1.6.1 Конструкция реактора
1.6.2 Моделирование
1.6.2.1 Характерные величины
1.6.2.2 Параметры расчета
1.6.2.3 Расчет течения газа при атмосферном давлении
1.6.2.4 Подавление свободной конвекции
1.7 Выводы
2 Выращивание слоев нитрида галлия
2.1 Подложка и методы предварительной обработки
2.1.1 Обзор
2.1.1.1 Очистка подложки GaN in situ
2.1.1.2 Обработка подложки сапфира in situ
2.1.1.3 Промежуточные слои
2.1.2 Эксперимент
2.1.2.1 Выращивание на подложке сапфира
2.1.2.2 Выращивание па МОГФЭ темплейтах
2.1.2.3 Буферный слой GaN
2.1.3 Выводы
2.2 Наблюдаемые режимы роста
2.2.1 Эксперимент
2.2.1.1 Двухмерный рост
2.2.1.2 Трехмерный рост
2.2.1.3 Переход между режимами

2.2.1.4 Два режима на одной подложке
2.2.1.5 Два режима в одном ростовом процессе
2.2.2 Обсуждение и выводы
2.2.2.1 Обобщенные экспериментальные данные
2.2.2.2 Предлагаемая модель
2.3 Ямки роста
2.3.1 Введение
2.3.1.1 Ямки роста в процессе ХГФЭ
2.3.2 Наблюдение ямок роста и подготовка образцов
2.3.2.1 Методы наблюдения
2.3.2.2 Подготовка образцов
2.3.3 Морфология ямок роста
2.3/1 Механизмы образования ямок роста
2.3.4.1 Трещины
2.3.4.2 Посторонние частицы
2.3.4.3 Поликристаллические включения
2.3.5 Зарастание ямок
2.3.5.1 Зарастание без изменения огранки при изменении условий роста
2.3.5.2 Спонтанное зарастание
2.3.5.3 Эволюция поверхности кристалла с ямкой. Условие зарастания
ямок роста
2.3.6 Получение слоев с низкой плотностью ямок
2.3.7 Выводы
2.4 Выводы
3 Упругие напряжения и растрескивание в подложке и слое GaN
3.1 Механизмы возникновения упругих напряжений
3.1.1 Термическое напряжение
3.1.1.1 Неоднородный нагрев
3.1.1.2 Охлаждение после роста
3.1.2 Несоответствие параметров кристаллической решетки
3.1.3 Поглощение вакансий дислокациями
3.1.4 Ростовое напряжение при эпитаксии СаХ
3.1.4.1 Ростовое напряжение в процессе МОГФЭ
3.1.4.2 Ростовое напряжение в ХГФЭ СаХ
3.2 Ростовое напряжение в пленках, полученных методом ХГФЭ
3.2.1 Трещины в пленках СаХ
3.2.2 Растрескивание слоя СаХ во время роста

600 800 1,000 1,200 1,400 1,

1,000 1,200 1,400 1,600 Т, к

а' 10-“

1,000 1,200 1,400 1,600 Т, к

Рис. 18: Равновесные давления газообразных продуктов разложения кремния: а) в атмосфере водорода; б) в смеси, состоящей из 10% С'Ь и 90% инертного газа; в) в смеси, состоящей из 10% НС1, 10%Нг и 80% инертного газа; г) в смеси, состоящей из 10% НС1 и 90% инертного газа.