Структурные дефекты и квантовые точки III-нитридов

• Автор: Лазарев, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 109 с. : ил.

Оглавление
Оглавление
Введение
Глава 1. Исследование многослойных структур полярного АЮаИ с помощью синхротронного излучения
1.1 Введение
1.2 Описание образцов многослойных гетсроструктур AIo.2Gao.8N
1.3 Описание дифракционного эксперимента
1.4 Симметричные рефлексы обратного пространства многослойных гетероструктур полярного АЮаК
1.5 Асимметричные рефлексы обратного пространства многослойных гетероструктур полярного АЮаК
1.6 Расчёт средних значений концентрации А1 и параметров элементарной ячейки слоев АЮаИ до и после ЗіИ-маски
1.7 Рефлексы обратного пространства геометрии скользящего луча многослойных гетероструктур полярного АЮаЫ
1.8 Модель на основе метода Монте-Карло для расчёта плотности линейных дислокаций
1.9 Расчет диффузного рассеяния линейных дефектов двухслойных гетероструктур полярного АЮаМ
1.10 Расчёт плотностей краевых дислокаций в слоях полярного АЮаЫ до и после 8іМ-маски
1.11 Результаты расчёта плотностей краевых и винтовых дислокаций в слоях полярного АЮаИ
1.12 Выводы к 1 главе
Глава 2. Исследование дефектов упаковки полуполярного ОаМ на профилированном сапфире
2.1 Введение
2.2 Описание образцов полуполярного ваИ на профилированном сапфире
2.3 Схема дифракционного эксперимента
2.4 Рентгеновская дифракция слоёв полярных, неполярных и полуполярных 111-нитридов
2.5 Призматичные дефекты упаковки в полуполярном СаИ на профилированном сапфире
2.6 Рентгеновская дифракция полуполярного СаИ на профилированном сапфире
2.6.1 Введение
2.6.2 РІсследование образцов Б1 и Б2 с помощью синхротронного излучениябО
2.6.3 РІсследование образцов 53 и Б4 с помощью синхротронного излучения
2.7 Распределение диффузной интенсивности дефектов упаковки в обратном пространстве полуполярного ваК на профилированном сапфире
2.8 Модель для расчёта плотности дефектов упаковки на основе метода Монте-Карло

2.9 Расчёт плотности дефектов упаковки полуполярного СаИ на профилированном сапфире
2.10 Фото- и катодолюминесцентное исследование полуполярного Са1Ч на профилированном сапфире
2.11 Локальное изучение плотности дефектов упаковки в полуполярном СаИ на профилированном сапфире
2.11.1 Введение
2.11.2 Описание эксперимента..'
2.11.3 Карты плотностей дефектов упаковки
2.12 Выводы ко 2 главе
Глава 3. Исследование 1пСаМ квантовых точек
3.1 Введение
3.2 Описание структуры 1пСаК квантовых точек на слое СаИ
3.3 Рентгеновская дифракция ТпваК квантовых точек на слое ваИ
3.4 Разработка некомпланарной геометрии фиксированного угла падения
3.4.1 Некомпланарная асимметричная геометрия фиксированного угла падения рентгеновского излучения
3.4.2 Сканы в обратном пространстве в геометрии фиксированного угла падения
3.4.3 Расчёт угловых координат рефлекса в геометрии фиксированного угла падения
3.5 Описание эксперимента
3.6 Исследование 1пОа!Ч квантовых точек в некомпланарной геоматрии фиксированного угла падения
3.7 Выводы к 3 главе
Заключение
Список литературы

Введение
Исследования последних 20-ти лет, открыли перспективы применения полупроводниковых структур и приборов на основе Ш-нитридов, таких как A1N, GaN, InN, и их упорядоченных твердых растворов, в различных областях свето- и электротехники [1]. Высокая термическая, химическая и радиационная стойкость Ш-нитридов позволяет использовать их для изготовления приборов, работающих при повышенных температурах и в неблагоприятных условиях [2]. Безопасность III-нитридов ставит их в выигрышное положение по сравнению с альтернативными соединениями ІП-арсенидами (AlAs, GaAs, InAs), а высокая теплопроводность упрощает решение проблем охлаждения рабочей области. Сочетание высокой подвижности электронов и значительной электрической прочности делает их пригодными для изготовления мощных высокочастотных и высокотемпературных транзисторов.
Прямой характер межзонных переходов позволяет использовать 111-нитриды для производства светоизлучающих, таких как лазеры (LD) и светодиоды (LED), и фотоприемных, таких как солнечные батареи, устройств. Большая ширина запрещенной зоны, особенно в видимом спектре, от 0.7 эВ (InN), 3.4 эВ (GaN) до
6.0 эВ (A1N) [3], и образование твердых растворов InGaN, AlGaN, InAIGaN обуславливают возможность значительного расширения спектрального диапазона работы изготавливаемых устройств на основе Ш-нитридов. Сравнение ширины запрещенной зоны III-нитридов и других полупроводников, показанных в зависимости от их латеральных параметров элементарных ячеек, на Рисунок 1, для температуры 300К [4]. Из Рисунок 1 видно, что спектр излучения твердого раствора AlGaN покрывает ультрафиолетовую (УФ) часть спектра от 3.4 эВ (GaN) до 6.0 эВ (A1N), а твердого раствора InGaN покрывает часть улЕ/графиолетового спектра, весь видимый диапазон и значительную часть инфракрасного (РІК) спектра, в целом покрывая диапазон от 0.7 эВ (InN) до 3.4 эВ (GaN). Следует подчеркнуть, что ни какие другие химические соединения не обладают столь широким прямым межзонным переходом как Ш-нитриды [5]!

для слоя AlGaN псевдоподложкой служил слой 20 нм A1N. В итоге, для асимметричного рефлекса 30-38 можно построить треугольник, основанный на крайне возможных состояниях слоя AlNrcl, GaNrel и GaNstr, показанный на Рисунок 25.а. Все возможные положения пика интенсивности слоя располагаются в этом треугольнике. В зависимости от позиции пика можно рассчитать среднюю концентрацию и релаксацию материала в слое.

AlNre‘
100 /
/ _ 98.
в с ^98 С OJ /30.8 С.цУн 'g с О) 98.

94 GaN'H 97.

Vb •'J4 èy Reflection 30.
x Ч су A1GaN
r' / over<;ro\th
68 69
Qang 68.0 68.5 69.
Qang (nm' )

Рисунок 25. Карта обратного пространства асимметричного рефлекса 30-38 образца А4, с указанными на карте положениями А1Мге|, СаГ4ге| и Са1Чь1г, а, и увеличенный вид рефлекса со всеми направлениями действующих на него
факторов, Ь.
На Рисунок 25.Ь показа увеличенный вид рефлекса 30-38 со всеми направлениями действующих на него факторов, таких как релаксация в слое г, градиент концентрации А1 х, вертикальные Ь± и латеральные Ь\ средние размеры мозаичного блока, вытягивание рефлекса в угловом направлении за счёт наклонов мозаичных блоков. Совместное действие всех этих факторов и определяет непростую форму, и наклон диффузной части подрефлексов слоев АЮаИ.
Записывая карты обратного пространства асимметричного рефлекса 30-38 для всех образцов А1-А7, можно было вычислить зависимость средних концентрации и релаксации слоев от увеличения толщины верхнего слоя /г после