DOI: 10.17586/2226-1494-2016-16-6-1048-1055


УДК29.19.04

ПОЛУЧЕНИЕ ТОЛСТЫХ СЛОЕВ НИТРИДА ГАЛЛИЯ МЕТОДОМ МНОГОСТАДИЙНОГО РОСТА НА ПОДЛОЖКАХ С КОЛОННОЙ СТРУКТУРОЙ

Мынбаева М.Г., Кириленко Д.А., Ситникова А.А., Кремлева А.В., Николаев В.И., Мынбаев К.Д., Одноблюдов М.А., Липсанен Х.К., Бугров В.Е., Романов А.Е.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования: Мынбаева М.Г., Кириленко Д.А., Ситникова А.А., Кремлева А.В., Николаев В.И., Мынбаев К.Д., Одноблюдов М.А., Липсанен Х., Бугров В.Е., Романов А.Е. Получение толстых слоев нитрида галлия методом многостадийного роста на подложках с колонной структурой // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2016. Т. 16. № 6. С. 1048–1055. doi: 10.17586/2226-1494-2016-16-6-1048-1055

Аннотация

Предмет исследования. Рассмотрены процессы образования и поведения дефектов при многостадийном выращивании толстых эпитаксиальных слоев нитрида галлия методом хлорид-гидридной эпитаксии на подложках GaN/Al2O3с зарощенной колонной структурой, сформированных с помощью газофазной эпитаксии из металлорганических соединений. Методы. Рост первичных слоев GaN осуществлялся методом газофазной эпитаксии из металлорганических соединений. На поверхности этих слоев методом реактивного ионного травления создавались колонны высотой 800 нм. Далее колонны заращивались слоем нитрида галлия толщиной 3–4 мкм. На сформированной таким образом подложке проводилось многостадийное выращивание слоев GaNметодом хлорид-гидридной эпитаксии с общей толщиной 100–1500 мкм. Характеризация полученных слоев проводилась с применением методов оптической и электронной микроскопии, а также спектроскопии комбинационного рассеяния света.Основные результаты. Плотность дислокаций в слоях, выращенных хлорид-гидридной эпитаксией, составила (3–6)·107 см–2, что было на порядок ниже, чем в использованной подложке, и на два–три порядка ниже, чем плотность дислокаций в типичных эпитаксиальных слоях GaNна обычных сапфировых подложках. Данные спектроскопии комбинационного рассеяния света показали низкий уровень напряжений в выращенных слоях и их высокую структурную однородность. По итогам исследования установлено, что в условиях многостадийного роста не катастрофические (не приводящие к разрушению образца) трещины способны к трансформации в макропоры и оказываются важным структурным элементом, способствующим протеканию релаксации напряжений в объеме толстых слоев нитрида галлия, выращиваемых на инородной подложке.Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы при разработке гетероструктур на основе нитридов элементов III группы для приборов оптоэлектроники и высокочастотной и силовой микроэлектроники.


Ключевые слова: нитрид галлия, эпитаксия, дефекты, трещины, подложки

Благодарности. Работа поддержана Российским научным фондом (Грант РНФ No14-29-00086)

Список литературы

1. Karpinski J., Jun J., Porowski S. Equilibrium pressure of N2 over GaN and high pressure solution growth of GaN // Journal of Crystal Growth. 1984. V. 66. N 1. P. 1–10. doi: 10.1016/0022-0248(84)90070-8
2. Porowski S. Bulk and homoepitaxial GaN-growth and characterization // Journal of Crystal Growth. 1998. V. 189–190. P. 153–158.
3. Kelly M.K., Ambacher O., Dimitrov R., Angerer H., Handschuh R., Stutzmann M. Laser-processing for patterned and free-standing nitride films // Materials Research Society Symposium. 1998. V. 482. P. 973–978.
4. Detchprohm T., Hiramatsu K., Amano H., Akasaki I. Hydride vapor phase epitaxial growth of a high quality GaN film using a ZnO buffer layer // Applied Physics Letters. 1992. V. 61. N 22. P. 2688–2690. doi: 10.1063/1.108110
5. Melnik Yu., Nikolaev A., Nikitina I., Vassilevski K., Dimitriev V. Properties of free-standing GaN bulk crystals grown by HVPE // Materials Research Society Proceedings. 1997. V. 482. P. 269–274.
6. Nakamura S., Senoh M., Nagahama S., Iwasa N., Yamada T., Matsushita T., Kiyoku H., Sugimoto Y., Kozaki T., Umemoto H., Sano M., Chocho K. High-power, long-lifetime InGaN/GaN/AlGaN-based laser diodes grown on pure GaN substrates // Japanese Journal of Applied Physics. 1998. V. 37. N 3B. P. L309–L312.
7. Ивукин И.Н., Артемьев Д.М., Бугров В.Е., Одноблюдов М.А., Романов А.Е. Моделирование напряженно-деформированного состояния в тонких структурированных пленках нитрида галлия на сапфировых подложках // ФТТ. 2012. Т. 54. № 12. С. 2294–2297.
8. Ivukin I.N., Bougrov V.E., Romanov A.E., Odnoblyudov M.A. Reduction of mechanical stresses in GaN/sapphire templates via formation of regular porous structure // Physica Status Solidi C. 2012. V. 9. N 3-4. P. 1057–1059. doi: 10.1002/pssc.201100170
9. Mynbaeva M.G., Kremleva A.V., Kirilenko D.A., Sitnikova A.A., Pechnikov A.I., Mynbaev K.D., Nikolaev V.I., Bougrov V.E., Lipsanen H., Romanov A.E. TEM study of defect structure of GaN epitaxial films grown on GaN/Al2O3 substrates with buried column pattern // Journal of Crystal Growth. 2016. V. 445. P. 30–36. doi: 10.1016/j.jcrysgro.2016.04.011
10. Nikolaev V.I., Golovatenko A.A., Mynbaeva M.G., Nikitina I.P., Seredova N.V., Pechnikov A.I., Bougrov V.E., Odnobludov M.A. Effect of nano-column properties on self-separation of thick GaN layers grown by HVPE // Physica Status Solidi C. 2014. V. 11. N 3–4. P. 502–504. doi: 10.1002/pssc.201300432
11. Melnik Yu.V., Nikolaev A.E., Stepanov S., Nikitina I.P., Vassilevski K., Ankudinov A., Musikhin Yu., Dmitriev V.A. HVPE GaN and AIGaN 'substrates' for homoepitaxy // Material Science Forum. 1998. V. 264–268. P. 1121–1124.
12. Liliental-Weber Z., Chen Y., Ruvimov S., Washburn J. Formation mechanism of nanotubes in GaN // Physical Review Letters. 1998. V. 79. N 15. P. 2835–2838.
13. Roder C., Lipski F., Habel F., Leibiger G., Abendroth M., Himcinschi C., Kortus J. Raman spectroscopic characterization of epitaxially grown GaN on sapphire // Journal of Physics D: Applied Physics. 2013. V. 46. N 28. Art. 285302. doi: 10.1088/0022-3727/46/28/285302
14. Davydov V.Yu., Averkiev N.S., Goncharuk I.N., Nelson D.K., Nikitina I.P., Polkovnikov A.S., Smirnov A.N., Jacobson M.A., Semchinova O.K. Raman and photoluminescence studies of biaxial strain in GaN epitaxial layers grown on 6H–SiC // Journal of Applied Physics. 1997. V. 82. N 10. P. 5097–5102. doi: 10.1063/1.366310
15. Emtsev V.V., Davydov V.Yu., Kozlovskii V.V., Lundin V.V., Poloskin D.S., Smirnov A.N., Shmidt N.M., Usikov A.S., Aderhold J., Klausing H., Mistele D., Rotter T., Stemmer J., Semchinova O., Graul J. Point defects in gamma-irradiated n-GaN // Semiconductor Science and Technology. 2000. V. 15. N 1. P. 73–78. doi: 10.1088/0268-1242/15/1/313
 



Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2019 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика