Разработка технологических основ получения эпитаксиальных слоев нитрида галлия методом хлоридно-гидридной эпитаксии на подложках сапфира

• Автор: Донсков, Александр Андреевич
• Шифр специальности: 05.17.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 121 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. История получения ваИ

1.2. Свойства СаЫ.

1.2.1. Кристаллическая структура

1.2.2. Зонная структура.

1.2.3. Физикохимические свойства.

1.2.4. Химические свойства и термическая стабильность.

1.2.5. Механические свойства

1.2.6. Электрофизические и оптические свойства

1.3. Методы получения эпитаксиальных слоев

1.3.1. Молекулярно лучевая эпитаксия
1.3.2. Металлеорганическая гибридная эпитаксия.
1.3.3. Хлоридногидридная эпитаксия.
1.4. Подложки для гетероэпитаксии ваЧ
1.5. Получение самоотделяющихся слоев а
1.6 Дефекты в гетероэпитаксиальных слоях ваЫ
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ
ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ СаЧ.
2.1 Описание установки для выращивания слоев ваЫ методом НУРЕ
2.1.1 Газовый блок
2.1.2 Печной блок.
2.1.3 Система автоматического управления прогрессом НУРЕ
2.2. Технологическая схема выращивания слоев ОаЫ
2.2.1. Подготовительные операции
2.2.1.1. Сборка реактора
2.2.1.2. Загрузка подложек
2.2.1.3. Герметизация реактора
2.2.2. Технологический цикл выращивания эпитаксиальных слоев СаИ в автоматическом режиме
2.2.2.1. Продувка установки азотом.
2.2.2.2. Нагрев печи до температуры осаждения слоя СаН.
2.2.2.3. Подача хлористого водорода
2.2.2.4. Подача аммиака в газовую схему
2.2.2.5. Нитридизация подложки сапфира.
2.2.2.6. Эпитаксия слоев СаИ.
2.2.2.7. Окончание процесса выращивания пленки.
2.2.2.8. Остывание камеры
2.2.3. Разгрузка реактора
2.3. Методы исследования эпитаксиальных слоев СаА
2.3.1. Рентгенодифрактометрические методы исследования.
2.3.2. Избирательное химическое травление
2.3.3. Атомносиловая микроскопия
ГЛАВА 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ МЕТОДОМ НУРЕ
3.1. Определение толщины и скорости роста выращенного слоя ваК.
3.2. Выбор геометрии источника галлия
3.2.1. Первый вариант геометрии источника 7д
3.2.2. Второй вариант геометрии источника Са.
3.2.3. Третий вариант геометрии источника Оа.
3.3. Влияние расположения источника относительно подложки и расхода газаносителя, поступающего к источнику галлию на скорость роста и однородность толщины слоя по диаметру подложки.
3.4. Влияние технологических факторов на скорость роста нитрида галлия.
3.4.1. Расход хлористого водорода
3.4.2. Расход аммиака
3.4.3. Температура источника и подложки.
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ОРИЕНТАЦИИПОДЛОЖКИСАПФИРА НА СТРУКТУРНОЕ СОВЕРШЕНСТВО ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ
ГЛАВА 5. ПОЛУЧЕНИЕ КВАЗИПОДЛОЖЕК С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОДСЛОЯ Т
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ.
ПУБЛИКАЦИИ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Как известно, большое несоответствие периодов кристаллических решеток и коэффициентов термического расширения подложки и наращиваемых слоев GaN приводит к существенной дефектности рабочих слоев приборов и, как следствие, к снижению их рабочих характеристик. Поэтому в настоящей работе исследуется технологический процесс получения эпитаксиальных слоев ваМ и способ получения самоотделяющихся «квазиподложек» СаЫ. НС1, температур источника и подложки на скорость роста слоев ваЫ, расположения патрубка источника по отношению к подложке и величины расхода газа-носителя азота на однородность распределения толщины слоя по диаметру подложки. Получение и исследование влияния ориентации поверхности подложки сапфира на структурные свойства ОаЫ. Разработка метода получения самоотделяющихся слоев ваЫ (квазиподложек) с использованием подслоя НИ. Показано, что методом НУРЕ можно получать толстые, однородно распределенные по подложке слои ваЫ с плотностью дислокаций 7 см'2, при скорости роста - 0 мкм/час. Впервые проведены комплексные исследования влияния ориентации поверхности подложки сапфира (с, а, т и г) на механизмы роста, ориентацию поверхности слоев ваЫ и их структурные характеристики, а так же на кристаллографическую ориентацию плоскостей, ограничивающих различные дефекты структуры, такие как ямы и пирамиды роста, дефекты упаковки и трещины. Получены слои неполярного ОаЫ на подложках сапфира г-ориентации. Впервые получены неполярные самоотделяющиеся от подложки слои ваК Показано, что использование подслоя ТТЫ на темплейте ваЫ улучшает отделение выращенных на нем слоев ОаЫ, по сравнению с использованием подслоя 'ПЫ на сапфире. Проведена оптимизация процесса НУРЕ для получения толстых, однородных по толщине слоев СаИ на подложках сапфира с плотностью дислокаций 7 см'2. Впервые проведены исследования по влиянию ориентации поверхности подложки сапфира на ориентацию поверхности слоев ваЫ и их структурных характеристик. Получены слои неполярного ваИ ориентации () на подложках сапфира г-ориенгации. Разработана методика получения самоотделяющихся неполярных слоев «квазиподложек» ваИ с использованием подслоя Т1Ы. Методом HVPE можно получать толстые, однородно распределенные по подложке неполярные слои GaN с плотностью дислокаций 7 см'2, при скорости роста ~ 0 мкм/час. Определены морфологические особенности дефектов в слоях GaN в зависимости от ориентации подложки. При использовании подслоя TiN можно получать толстые, неполярные, самоотделяющисся ог подложки слои GaN. Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обоснована воспроизводимостью результатов роста толстых слоев нитрида галлия на сапфире методом HVPE, а так же самоотделяющихся слоев «квазиподложек» GaN с использованием подслоя TiN. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: XIII Национальной конференции по росту кристаллов НКРК-, Москва, - ноября г. Санкт-Петербург, 1-5 декабря г. ICDS-, Санкт-Петербург, - июля г. Workshop on Functional and Nanostructured Materials, th Conference on Intermolecular and Magnetic Interactions in Matter, Sulmona-L’Aquila, Italy, - September ; 7-й Всероссийской конференции Нитриды галлия, индия и алюминия -структуры и приборы, Москва, 1-3 февраля г. XIV Национальной конференции по росту кристаллов НКРК-, Москва, 6- декабря г. Всероссийской конференции Нитриды галлия, индия и алюминия -структуры и приборы, Санкт-Петербург, - мая г. Личный вклад автора. Автором лично проведен обзор литературных источников и систематизированы данные по получению нитрида галлия на сапфире методом НУРЕ. Проведены эксперименты по подбору геометрии источника и технологических параметров для получения однородных по толщине слоев ваИ при скорости роста - 0 мкм/час. Выращены слои СаЫ различной толщины на подложках сапфира различной (с, а, ш, г) ориентации. Проведены эксперименты по получению самоотделяющихся слоев «квазиподложек» нитрида галлия, при использовании подслоя ТПМ. Совместно с научным руководителем сформулирована цель работы, проведено обсуждение и обобщение полученных в диссертации данных, осуществлена интерпретация результатов.