Residual strain evaluation in GaN/AlN multiperiod superlattices grown on SiC/Si

Павел Владимирович Середин; Шукрилло Шамсидинович Шарофидинов; Дмитрий Леонидович Голощапов; Никита Сергеевич Буйлов; Константин Александрович Еремеев; Шаира Абдувалиевна Юсупова; Сергей Арсеньевич Кукушкин

doi:10.17308/kcmf.2024.26/12227

Павел Владимирович Середин ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл. 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-6724-0063
Шукрилло Шамсидинович Шарофидинов ФГБУН «Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук», ул. Политехническая, 26, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-0354-5981
Дмитрий Леонидович Голощапов ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл. 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-1400-2870
Никита Сергеевич Буйлов ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-1793-4400
Константин Александрович Еремеев ФГБУН «Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук», ул. Политехническая, 26, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация https://orcid.org/0009-0004-9798-6642
Шаира Абдувалиевна Юсупова ФГБУН «Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук», ул. Политехническая, 26, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация
Сергей Арсеньевич Кукушкин ФГБУН «Институт Проблем Машиноведения Российской академии наук», Большой проспект В.О, 61, Санкт-Петербург 199178, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-2973-8645

DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2024.26/12227

Ключевые слова: GaN, AlN, сверхрешетка, Рамановская спектроскопия

Аннотация

Впервые методом хлорид-гидридной эпитаксии на гибридной подложке SiC/Si, синтезированной методом согласованного замещения атомов, сформирована многослойная гетероструктура, состоящая из периодически расположенных слоев GaN и AlN.

Комплексное исследование гетероструктуры с использованием наномасштабного Рамановского картирования упругих напряжений показало, что в верхнем GaN слое величина двухосного напряжения sxx имеет минимальное значение ~ –0.12 ГПа. При этом в сверхрешетках, расположенных в верхней части гетероструктуры, напряжения практически отсутствуют

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Павел Владимирович Середин, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл. 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

д. ф.-м. н., профессор, заведующий кафедрой, кафедра физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

Шукрилло Шамсидинович Шарофидинов, ФГБУН «Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук», ул. Политехническая, 26, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация

к. ф.-мн., с. н. с. лаборатории физики полупроводниковых приборов ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург, Российская Федерация)

Дмитрий Леонидович Голощапов, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл. 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

к. ф.-м. н., доцент, кафедра физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

Никита Сергеевич Буйлов, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

к. ф.-м. н., преподаватель, кафедра физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

Константин Александрович Еремеев, ФГБУН «Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук», ул. Политехническая, 26, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация

студент, кафедра физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

Шаира Абдувалиевна Юсупова, ФГБУН «Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук», ул. Политехническая, 26, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация

к. ф.-м. н., н. с. лаборатории мощных полупроводниковых приборов, отделение твердотельной электроники, ФТИ им. А. Ф. Иоффе (Санкт-Петербург, Российская Федерация)

Сергей Арсеньевич Кукушкин, ФГБУН «Институт Проблем Машиноведения Российской академии наук», Большой проспект В.О, 61, Санкт-Петербург 199178, Российская Федерация

д. ф.-м. н., профессор, заведующий лабораторией структурных и фазовых превращений в конденсированных средах, Институт проблем машиноведения РАН (Санкт Петербург, Российская Федерация)

Литература

Zou C., Zhao Z., Xu M., … Li S. GaN/Gr (2D)/Si (3D) Combined high-performance hot electron transistors. ACS Nano. 2023;17(9): 8262–8270. https://doi.org/10.1021/acsnano.2c12435

Das P., Wu T.-L., Tallur S. Design and analysis of high electron mobility transistor inspired: III-V electro-optic modulator topologies. Semiconductor Science and Technology. 2020;35(9): 095028. https://doi.org/10.1088/1361-6641/ab9ea9

Kohen D., Nguyen X. S., Yadav S., … Fitzgerald E. A. Heteroepitaxial growth of In0.30Ga0.70As highelectron mobility transistor on 200 mm silicon ubstrate using metamorphic graded buffer. AIP Advances. 2016; 6(8): 085106. https://doi.org/10.1063/1.4961025

Jang W.-H., Kim H.-S., Kang M.-J., Cho C.-H., Cha H.-Y. Recessed AlGaN/GaN UV phototransistor. Journal of Semiconductor Technology and Science. 2019;19(2): 184–189. https://doi.org/10.5573/JSTS.2019.19.2.184

Encomendero J., Faria F. A., Islam S. M., … Xing H.G. New tunneling features in polar III-nitride resonant tunneling diodes. Physical Review X. 2017;7(4): 041017. https://doi.org/10.1103/PhysRevX.7.041017

Singh M. M., Siddiqui M. J., Saxena A. Comparative simulation of GaAs and GaN based double barriersresonant tunneling diode. Procedia Computer Science. 2016; 85581–85587. https://doi.org/10.1016/j.procs.2016.05.224

Seredin P. V., Lenshin A. S., Mizerov A. M., Leiste H., Rinke M. Structural, optical and morphological properties of hybrid heterostructures on the basis of GaN grown on compliant substrate por-Si(111). Applied Surface Science. 2019; 4761049–4761060. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.01.239

Seredin P. V., Goloshchapov D. L., Lenshin A. S., Mizerov A. M., Zolotukhin D. S. Influence of por-Si sublayer on the features of heteroepitaxial growth and physical properties of In x Ga 1-x N/Si(111) heterostructures with nanocolumn morphology of thin film. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. 2018; 104101–104110. https://doi.org/10.1016/j.physe.2018.07.024

Seredin P. V., Goloshchapov D. L., Arsentyev I. N., Sharofidinov S., Kasatkin I. A., Prutskij T. HVPE fabrication of GaN sub-micro pillars on preliminarily treated Si(001) substrate. Optical Materials. 2021; 117111130. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2021.111130

Ansah-Antwi K. K., Soh C. B., Liu H., Chua S. J. Growth optimization and characterization of GaN epilayers on multifaceted (111) surfaces etched on Si(100) substrates. Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films. 2015;33(6): 061517. https://doi.org/10.1116/1.4933201

Gao N., Chen J., Feng X.,…Kang J. Strain engineering of digitally alloyed AlN/GaN nanorods for far-UVC emission as short as 220 nm. Optical Materials Express. 2021;11(4): 1282. https://doi.org/10.1364/OME.422215

Kuchuk A. V., Kryvyi S., Lytvyn P. M., … Salamo G. J. The peculiarities of strain relaxation in GaN/AlN superlattices grown on vicinal GaN (0001) substrate: Comparative XRD and AFM study. Nanoscale Research Letters. 2016;11(1): 252. https://doi.org/10.1186/s11671-016-1478-6

Seredin P. V., Glotov A. V., Ternovaya V. E., … Tarasov I.S . Effect of silicon on relaxation of the crystal lattice in MOCVD–hydride AlxGa1−xAs:Si/GaAs(100) heterostructures. Semiconductors. 2011;45(4): 481–492. https://doi.org/10.1134/S106378261104021X

Davydov V., Roginskii E., Kitaev Y., … Smirnov M. Phonons in short-period GaN/AlN superlattices: Group-theoretical analysis, ab initio calculations, and Raman spectra. Nanomaterials. 2021;11(2): 286. https://doi.org/10.3390/nano11020286

Sharofidinov Sh. Sh., Kukushkin S. A., Red’kov A. V., Grashchenko A. S., Osipov A. V. Growing III–V semiconductor heterostructures on SiC/Si substrates. Technical Physics Letters. 2019;45(7): 711–713. https://doi.org/10.1134/S1063785019070277

Kukushkin S. A., Sharofidinov Sh. Sh. A new method of growing AlN, GaN, and AlGaN bulk crystals using hybrid SiC/Si substrates. Physics of the Solid State. 2019;61(12): 2342–2347. https://doi.org/10.1134/S1063783419120254

Kukushkin S. A., Osipov A. V. Theory and practice of SiC growth on Si and its applications to wide-gap semiconductor films. Journal of Physics D: Applied Physics. 2014;47(31): 313001. https://doi.org/10.1088/0022-3727/47/31/313001

Kukushkin S. A., Osipov A. V. Nanoscale singlecrystal silicon carbide on silicon and unique properties of this material. Inorganic Materials. 2021;57(13): 1319–1339. https://doi.org/10.1134/S0020168521130021

Kukushkin S. A., Osipov A. V. Epitaxial silicon carbide on silicon. Method of coordinated substitution of atoms (a review). Russian Journal of General Chemistry. 2022;92(4): 584–610. https://doi.org/10.1134/S1070363222040028

Olivier A., Wang H., Koke A., Baillargeat D. Gallium nitride nanowires grown by low pressure chemical vapour deposition on silicon substrate. Internat ional Journal of Nanotechno logy. 2014;11(1/2/3/4): 243. https://doi.org/10.1504/IJNT.2014.059826

Borowicz P., Gutt T., Malachowski T. Structural investigation of silicon carbide with micro-Raman spectroscopy. In: 2009 MIXDES-16th International Conference Mixed Design of Integrated Circuits Systems. 2009; 177–180.

Davydov V. Yu., Kitaev Yu. E., Goncharuk I. N., … Evarestov R. A. Phonon dispersion and Raman scattering in hexagonal GaN and AlN. Physical Review B. 1998;58(19): 12899–12907. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.58.12899

Feng Y., Saravade V., Chung T.-F., … Lu N. Strain-stress study of AlxGa1−xN/AlN heterostructures on c-plane sapphire and related optical properties. Scientific Reports. 2019;9(1): 10172. https://doi.org/10.1038/s41598-019-46628-4

Lughi V., Clarke D. R. Defect and stress characterization of AlN films by Raman spectroscopy. Applied Physics Letters. 2006;89(24): 241911. https://doi.org/10.1063/1.2404938

Zeng Y., Ning J., Zhang J., … Wang D. Raman analysis of E2 (High) and A1 (LO) phonon to the stressfree GaN grown on sputtered AlN/graphene buffer layer. Applied Sciences. 2020;10(24): 8814. https://doi.org/10.3390/app10248814

Hushur A., Manghnani M. H., Narayan J. Raman studies of GaN/sapphire thin film heterostructures. Journal of Applied Physics. 2009;106(5): 054317. https://doi.org/10.1063/1.3213370