Исследование особенностей процесса газофазной эпитаксии слоев GaN и AlGaN из металлорганических соединений и оптимизация роста на подложках сапфира и SiC для приборных применений

• Автор: Заварин, Евгений Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 184 с. : ил.

Оглавление.
Введение
Глава 1. Свойства нитридов элементов III группы и методы их
получения.
1.1. Структура AIN, InN,GaN
1.2. Легирование, 16'
1.3. Подложки
1.4. Свойства нитридов III-группы. Сравнение с другими 28 полупроводниковыми материалами.
1.5. Выращивание нитридов элементов III группы
1.5.1. Источник V группы
1.5.2. Хлоридная эпитаксия нитридов элементов III группы
1.5.3. Молекулярно-лучевая эпитаксия(МЛЭ) нитридов 36 элементов III группы.
1.5.4. Металл-органическая газофазная эпитаксия нитридов 3 8 элементов Ш-группы.
1.5.5. Рост на сапфировых подложках
1.5.6. Рост на подложках SiC
1.6. Дефекты в эпитаксиальных слоях GaN выращенных на сапфире 43 и SiC.
1.7. Методы снижения плотности дефектов в слоях GaN
1.8. Химическая и термическая стабильность нитридов
1.9. Выводы. 54 Глава 2. Методики ростовых экспериментов и исследования слоев и 56 структур на основе нитридов элементов III группы.
2.1 Описание технологической установки
2.1.1 Источники газов
2.1.2. Система очистки газов

2.1.3. Газовый блок и центральный смеситель потоков
2.1.4. Реакторный блок
2.1.5. Система откачки
2.1.6. Автоматизированная система управления и
регистрации.
2.1.7. Система рефлектометрии
2.2. Методика ростовых экспериментов
2.2.1. Подложки
2.2.2. Методика роста на сапфировых подложках
2.2.3. Методика роста на подложках 6Н-ЯІС
2.2.4. Методика роста на квазиподложках СаИ
2.2.5. Методика селективного роста а-ОаИ
2.3. Методики исследования эпитаксиальных слоев ИаИ, Л1хСаі_хТт, 85 ІгцОахП и гетероструктур на их основе.
Глава 3. Особенности роста нитридов элементов III группы методом 87 МОГФЭ
3.1. Исследование процессов при травлении и росте с-ОаМ в 87 условиях типичных для МОГФЭ с-ваИ.
3.1.1. Исследование влияния И? и N2 на скорость разложения 88 с-ПаИ.
3.1.2. Исследование зависимости скоростей травления и роста 90 с-ОаЫ от температуры, потока ТМОа и типа несущего газа.
3.1.3. Исследование зависимости скорости травления с-ОаИ 95 от парциального давления аммиака и водорода.
3.1.4. Исследование зависимости скоростей роста и травления 100 с-ИаИ от состава газа носителя.
3.2. Исследование влияния водорода на процесс роста твердых 102 растворов А1хСта|.хИ и их состав.
3.3. Исследование травления и роста я-ОаИ
3.3.1. Исследование влияния водорода на рост и травление а-ИаИ и сравнение с е-ваМ.
3.3.2. Зависимость скоростей роста я-ваИ и е-ОаМ от потоков КН:; и ТМОа.
3.4. Выводы.
Глава 4. Исследование формирования слоев GaN на различных подложках.
4.1 Начальные стадии роста с-ОаИ на оА1203 с использованием классического низкотемпературного зародышевого слоя ОаИ.
4.2. Начальные стадии роста c-GaN на с-А1203 при использовании альтернативных зародышевых слоев и влияние их на свойства эпитаксиального слоя.
4.3. Особенности эпитаксиального роста ОаЫ на буферных слоях АЮаЫ, выращенных на подложках бН-вЮ, и исследование его свойств.
4.4. Селективный рост я-Оа14.
4.5. Выводы.
Заключение.
Список цитируемой литературы

1.5.2 Хлоридная эпитаксия нитридов элементов III группы.
Первые сообщения об использовании реакции взаимодействия между парами галогенидов галлия и аммиаком для получения пленок GaN относятся к концу 60 годов [2]. С тех пор исследования в галогенид-гидридных системах не прекращаются до настоящего времени[36]. Этот метод позволяет выращивать высококачественные слои нитридов элементов III группы с высокими скоростями (до сотен микрометров в час). Поэтому эта методика может быть положена в основу технологии для изготовления подложек для гомоэпитаксии [73].
Наибольшее распространение получил хлоридно-гидридный метод, который основан на взаимодействии хлорида металла III группы с аммиаком.
С позиций термодинамики система Ga-Cl-N-H представляется достаточно сложной. В качестве летучих галлий содержащих продуктов в этой системе могут выступать монохлорид галлия GaCl, трихлорид галлия GaCl3, аммиакаты хлорида галлия, соотношение между которыми в водород-аммиачной атмосфере зависит от температуры и состава реакционной смеси.
В силу того, что хлориды металлов III группы очень гигроскопичны, их предварительный синтез и последующая работа с ними сопряжены с некоторыми трудностями. Поэтому, в большинстве случаев, их синтез осуществляется непосредственно в реакторе в специальной изотермической зоне, пространственно отделенной от зоны кристаллизации. Методика получения хлорида галлия основана на взаимодействии галлия с газообразным НС1 при пропускании последнего в потоке газа-носителя над расплавленным Ga при температурах, превышающих 800°С:
Ga*.+ НС1Г= GaClr+ 1/2 Н2г
При смешивании паров монохлорида галлия с аммиаком в зоне осаждения осуществляется химическая реакция синтеза GaN:
GaClr + NH3r = GaNTB + НС1Г +Н2г