Полупроводниковые излучатели для ультрафиолетовой области спектра на основе нитридов металлов третьей группы : Технология и применение

• Автор: Борисов, Борис Александрович
• Шифр специальности: 06.01.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 164 с. : ил.

^ СОДЕРЖАНИЕ

Глава 1. Свойства, применение и особенности получения

нитридов металлов третьей группы

1.1. Основные свойства и применение Ш-питридов

1.2. Способы получения эпитаксиальных плёнок нитридов металлов третьей группы

Глава 2. Экспериментальные методики и постановка

экспериментов

2.1. Конструктивные и функциональные особенности

установки ЭПН

2.1.1. Структура установки ЭПН

2.1.2. Подготовка и проведение эпитаксиального роста на установке ЭПН

2.2. Конструктивные и функциональные особенности
установки RIBER 32Р
2.2.1. Структура установки RIBER 32Р
2.2.2. Особенности использования яркостного пирометра для контроля ростового процесса в молекулярно-пучковой эпитаксии
2.2.3. Подготовка и проведение эпитаксиального роста на установке RIBER 32Р
2.2.4. Особенности использования силана для легирования
III-нитридов кремнием в установке RIBER 32Р
2.2.5. Особенности использования эффузионной ячейки в
* качестве источника магния
2.3. Измерение параметров эпитаксиальных структур
2.4. Постростовое технологическое оборудование и методики
2.4.1. Реактивное ионно-плазменное травление
2.4.2. Омические контакты к легированным слоям п- и р-типа проводимости

^ Глава 3. Рост полупроводниковых слоёв AIN, GaN и твёрдых
растворов на их основе методом молекулярно-пучковой эпитаксии
3.1. Начальная стадия эпитаксиального роста
3.1.1. Эпитаксиальный рост на Si (111)
3.1.2. Эпитаксиальный рост на А1203 (0001)
♦ 3.2. Кинетика эпитаксиального роста нитридов Ill-группы
3.3. Кристаллические и оптические свойства короткопериодных сверхрешёток AIN/AlGaN
Глава 4. Получение и свойства светодиодов с излучением в УФ области на основе гетероструктур AlGaN
4.1. Легирование сплавов AlGaN
4.1.1. Легирование слоёв AlxGai_xN кремнием в диапазоне составов 0.5б<х<1
4.1.2. Легирование слоёв AlxGai.xNмагнием в диапазоне составов 0<х<0
4.1.3. Легирование и электрические свойства короткопериодных сверхрешёток
4.2. Оптические и электрические свойства светодиодов, излучающих в дальней УФ области
4.3. Рост и оптические свойства квантовых точек AlGaN
Заключение
Выводы
Список литературы
Актуальность темы
Абрам Фёдорович Иоффе — создатель отечественной физической школы (Алфёров, 2005) придавал большое значение развитию полупроводниковой техники, мечтал на её основе создать «электронный агроном» (Иоффе, 1955; Иоффе, 1957; Кульков, 2002). Особое внимание А.Ф. Иоффе обращал на разработку способов изготовления различных полупроводниковых материалов (Иоффе, 1956), методик определения их основных параметров и фотоэлектрических свойств (Фогельсон, 2002). В развитии научных идей А.Ф. Иоффе в настоящее время достигнут значительный прогресс в разработке и создании эффективных полупроводниковых устройств, в частности светодиодов, излучающих в сине-зелёной и длинноволновой ультрафиолетовой (УФ) области спектра. Что касается УФ-В диапазона (280-320 нм) и более коротковолнового, то в них эффективность излучения светодиодов остаётся ещё очень низкой, хотя потребность в таких излучателях чрезвычайно высока. Они необходимы для решения многих прикладных задач в различных областях науки и техники, и в частности, в агрофизических исследованиях.
Нитриды металлов III группы периодической системы элементов Д.И.Менделеева (далее — Щ-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.
Ключевой проблемой при получении высококачественных пленок 111-нитридов является отсутствие подходящих подложек, имеющих

Рис. 2.2.5. Зависимость спектральной плотности излучения
абсолютно черного тела для полосы пропускания пирометра.
изменение периода также происходит на толщине пленки 1 мкм.
2.2.3 Подготовка и проведение эпитаксиального роста на установке R1BER 32Р На установке RIBER 32Р проводился рост гетеро структур на основе GaN, A1N и растворов AlGalnN различных составов, а также легирование
полупроводниковых материалов с использованием Mg и Si. В качестве подложек использовался сапфир с ориентацией (0001) и кремний (111). Подложки имеют диаметр 50 мм и перед загрузкой в установку крепятся на безиндиевом держателе. На обратную сторону с помощью электронного распыления наносился слой Ni/Ti толщиной 10 нм/100 нм. Рост на кремниевых подложках в данной работе выполнялся исключительно в калибровочных целях (калибровка пирометра, скорости роста и состава AlGalnN растворов), т.к. они в несколько раз дешевле сапфировых.
Перед загрузкой в установку сапфировые подложки не подвергались
никакой дополнительной химической обработке. Как показали проведенные
нами предварительные исследования, методы подготовки, описанные в литературе (Cui et al., 2000), не дают заметного увеличения качества