Физико-химические условия устойчивости гетероструктур пленочных наночипов на основе нитрида галлия

• Автор: Комаровских, Нина Валерьевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 107 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1 Нитрид галлия как материал полупроводниковой наноэлектроники

1.1 Физико-химическая характеристика нитрида галлия

1.1.1 Кристаллическая структура нитрида галлия

1.1.2 Основные физико-химические свойства нитрида галлия

1.1.3 Наноструктуры нитрида галлия

1.2 Экспериментальные аспекты исследования нитрида галлия

1.2.1 Термодинамика роста объёмных кристаллов нитрида галлия

1.2.2 Методы выращивания эпитаксиальных плёнок нитрида галлия

1.2.3 Модификация структуры поверхности нитрида галлия
1.3 Кристаллохимические аспекты гетероэпитаксиально го роста плёнок нитрида галлия
1.3.1 Подложки для гетероэпитаксиального роста наноплёнок нитрида галлия
1.3.1.1 Характеристика подложки Б1С
1.3.1.2 Характеристика подложки ОаАв
1.3.2 Физико-химические закономерности эпитаксиального роста плёнок нитрида галлия на подложках
1.3.2.1 Формирование плёнок ваИ на поверхности Б1С
1.3.2.2 Формирование плёнок ваИ на поверхности ОаАв
1.4 Теоретические аспекты исследования нитрида галлия
1.5 Резюме к главе
Глава 2 Теоретические подходы и компьютерные алгоритмы квантовой
релаксации наносистем
2.1. Физическая модель квантовой релаксации наносистем
2.2 Топология электронных связей наносистем
2.3 Расчёт потенциалов сил а-, (3-связей в наносистемах ОаИ
2.4 Термодинамическое состояние наносистем
Г лава 3 Физико-химические характеристики свободных плёночных наночипов нитрида галлия
3.1 Кристаллохимическая модель свободных плёночных наночипов ваИ
3.2 Расчёт поверхностной энергии свободных плёночных наночипов ваИ
3.3 Квантовая релаксация свободных плёночных наночипов ОаИ
3.4 Термодинамика халькогенирования поверхности нитрида галлия
Г лава 4 Физико-химические условия устойчивости гетероструктур плёночных наночипов X / СдА (X - 6Н-5/С, СаАз)
4.1 Моделирование гетероструктурных плёночных наночипов бН-БКЗ / ваИ
4.2 Моделирование гетероструктурных плёночных наночипов ваАз / ваИ
4.2.1 Моделирование гетероструктурных плёночных наночипов СаАз I СаЫ без учёта образования промежуточного слоя СаАзхАу
4.2.2 Моделирование гетероструктурных плёночных наночипов
СаАз / ОаАзхМу / СаХ с учётом образования промежуточного слоя ОаАзхХ^
Заключение
Библиографический список
Приложение А. Сводные данные компьютерного моделирования свободных плёночных наночипов \-GaN и с-СдА

Введение
Первые исследования нитрида галлия (GaN) начались в 30-40 гг. XX в. в Пристонском университете США. Когда GaN стал рассматриваться как перспективный материал для создания полупроводниковых светодиодов в зелёной и синей областях спектра, исследования были продолжены в лаборатории компании Radio Corporation of America (RCA) [1]. Эти исследования были посвящены процессу легирования полупроводника для создания проводимости р-типа, и, соответственно, получению р-л-переходов.
Больших успехов в этом направлении удалось достигнуть лишь к 1971 году, когда Жак Панков наблюдал явление электролюминесценции в образце плёнки GaN. Это открытие послужило созданию первых светодиодов, излучающих свет в сине-зелёной области спектра [2]. В СССР толчком развития технологии нитрида галлия послужил доклад Жака Панкова, прочитанный в 1972 г. на Международной конференции по люминесценции в Ленинграде [3], в котором были изложены результаты его исследований по созданию светодиодов на основе GaN. Таким образом, первые работы по исследованию нитрида галлия носили экспериментальный характер и были посвящены разработке эпитаксиальной технологии нитрида галлия, изучению его свойств и созданию излучателей в сине-зелёной области спектра.
Нитрид галлия обладает целым комплексом необходимых физических свойств для изготовления на его основе светоизлучающих приборов в зелёной, синей и ближней ультрафиолетовой частях спектра, фотоприёмников в указанном диапазоне (оптоэлектроника) и мощных высокочастотных и высокотемпературных транзисторов [4]. Из-за высокой температуры плавления (1700 - 2200 °С [4]) нитрид галлия сложно получить кристаллизацией из расплавов. Объёмные кристаллы нитрида галлия из-за технологических сложностей их роста являются малодоступными и практически не используются [5]. Поэтому нитрид галлия выращивают в виде плёнок на подложках иной природы. В настоящее время главными задачами нитридной технологии являются

Далее скорость роста задается скоростью необратимого распада молекул активированного комплекса с образованием на поверхности адсорбированного атома галлия и удалением хлора и водорода:
2 [- Ga - CI - Н - Н]„ов** = 2 [- Ga]noB + 2 HCl +Н2. (1.12)
Поверхностно адсорбированный галлий способен к взаимодействию с азотом. В условиях избытка NH3 в потоке над подложкой процесс взаимодействия галлия с азотом происходит быстро и не ограничивает скорость роста слоя GaN.
Авторами [78] по технологии HVPE на поверхностях Si-грани подложек 6H-.S7C и 4H-S/C были получены слои GaN толщиной от 0,2 до 7 мкм при температурах в интервале 950 - 1050 °С.
1.3.2.2 Формирование плёнок GaN на поверхности GaAs
Формирование плёнок GaN на поверхности арсенида галлия возможно несколькими путями. В работе [79] представлен механизм формирования пленок GaN, описанный в разделе 1.3.2.1. Альтернативным методом получения пленок GaN на поверхности GaAs является обработка последней в химически активных источниках азота [80, 81, 82, 83].
Рассмотрим процесс нитридизации поверхности GaAs при обработке активными радикалами азота. Радикалы азота получают в мощном высокочастотном плазменном разряде [80]. Особенность этого метода заключается в том, что активные радикалы азота не нарушают структуры кристаллической решётки и в тоже время, имея высокую подвижность в поверхностном слое подложки GaAs, осуществляют замещение атомов, аналогичное росту монослоёв из жидкой фазы. Механизм встраивания радикалов азота в кристаллическую решётку GaAs может идти двумя путями. Обладая небольшим радиусом (г = 0,070 нм) радикал азота, попадая на поверхность GaAs, либо замещает атомы As в приповерхностном слое, либо встраивается в междоузлия кристаллической решётки арсенида галлия. В первом случае происходит уменьшение постоянной кристаллической решётки, во втором - её