Структурно-спектроскопические исследования эпитаксиально- доращиваемых контактных слоев GaN, n-GaN и n+-GaN

  • Павел Владимирович Середин ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-6724-0063
  • Дмитрий Леонидович Голощапов ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-1400-2870
  • Даниил Евгеньевич Костомаха ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация
  • Ярослав Анатольевич Пешков ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-0939-0466
  • Никита Сергеевич Буйлов ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-1793-4400
  • Алиса Алексеевна Гайворонская ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация
  • Андрей Михайлович Мизеров ФГБУ ВОН «Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж. И. Алферова Российской академии наук» ул. Хлопина, 8к3, лит. А, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-9125-6452
  • Сергей Николаевич Тимошнев ФГБУ ВОН «Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж. И. Алферова Российской академии наук» ул. Хлопина, 8к3, лит. А, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-9294-3342
  • Максим Сергеевич Соболев ФГБУ ВОН «Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж. И. Алферова Российской академии наук» ул. Хлопина, 8к3, лит. А, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-8629-2064
  • Евгений Викторович Убыйвовк ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет», Университетская наб., д. 7–9, Санкт-Петербург 199034, Санкт-Петербург, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-5828-4243
  • Валерий Евгеньевич Земляков ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники»», Пл. Шокина, 1, г. Зеленоград, Москва 124498, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-5681-9603
  • Павел Павлович Куцько АО «Научно-исследовательский институт электронной техники», ул. Старых Большевиков, д.5, Воронеж 394033, Российская Федерация
  • Павел Леонидович Пармон АО «Научно-исследовательский институт электронной техники», ул. Старых Большевиков, д.5, Воронеж 394033, Российская Федерация
Ключевые слова: молекулярно-пучковая эпитаксия, контактные слои GaN, n-GaN и n -GaN, виртуальная подложка, Рамановская микроспектроскопия

Аннотация

В работе демонстрируется, что с использованием технологии молекулярно-пучковой эпитаксии с плазменной активацией азота (МПЭ ПА) могут быть сформированы структурно-качественные эпитаксиально-доращиваемые контактные GaN, n-GaN и n+-GaN на виртуальных подложках GaN/c-Al2O3 в Ga-обогащенных условиях при относительно низких температурах роста ~700 °C.

Показано, что на начальной стадии роста контактных слоев происходит эффективная фильтрация дислокаций, прорастающих из буферного GaN слоя виртуальной подложки, сформированного методом MOCVD.

Выполненные на основе данных Рамановской микроспектроскопии расчёты величины остаточных напряжений указывают на высокое структурной качество GaN, n-GaN и n+-GaN контактных слоев независимо от уровня легирования кремнием.

Определенное с помощью метода передающей линии контактное сопротивление, приведенное к ширине площадки, для структуры с контактным слоем n+-GaN составило ~ 0.11 Ом·мм, а для n-GaN ~ 0.5 Ом·мм

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)

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)

Даниил Евгеньевич Костомаха, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

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

Ярослав Анатольевич Пешков, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

к. ф.-м. н., лаборант-исследователь, 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)

Алиса Алексеевна Гайворонская, ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет», Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

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

Андрей Михайлович Мизеров, ФГБУ ВОН «Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж. И. Алферова Российской академии наук» ул. Хлопина, 8к3, лит. А, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация

к. ф.-м. н., в. н. с., Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж. И. Алферова Российской академии наук (Санкт-Петербург, Российская Федерация)

Сергей Николаевич Тимошнев, ФГБУ ВОН «Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж. И. Алферова Российской академии наук» ул. Хлопина, 8к3, лит. А, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация

к. ф.-м. н., в. н. с., Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж. И. Алферова Российской академии наук (Санкт-Петербург, Российская Федерация)

Максим Сергеевич Соболев, ФГБУ ВОН «Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж. И. Алферова Российской академии наук» ул. Хлопина, 8к3, лит. А, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация

к. ф.-м. н., и. о. заведующего лабораторией наноэлектроники, Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж. И. Алферова Российской академии наук (Санкт-Петербург, Российская Федерация)

Евгений Викторович Убыйвовк, ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет», Университетская наб., д. 7–9, Санкт-Петербург 199034, Санкт-Петербург, Российская Федерация

к. ф.-м. н., с. н. с., исследовательская лаборатория механики перспективных массивных наноматериалов для инновационных инженерных приложений Санкт-Петербургский государственный университет
(Санкт-Петербург, Российская Федерация)

Валерий Евгеньевич Земляков, ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники»», Пл. Шокина, 1, г. Зеленоград, Москва 124498, Российская Федерация

к. т. н., в. н. с., лаборатория элементной базы наноэлектроники, Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники» (Москва, Российская Федерация)

Павел Павлович Куцько, АО «Научно-исследовательский институт электронной техники», ул. Старых Большевиков, д.5, Воронеж 394033, Российская Федерация

к. т. н., генеральный директор, Научно-исследовательский институт электронной техники (Воронеж, Российская Федерация)

Павел Леонидович Пармон, АО «Научно-исследовательский институт электронной техники», ул. Старых Большевиков, д.5, Воронеж 394033, Российская Федерация

директор по качеству, Научно-исследовательский институт электронной техники (Воронеж, Российская Федерация).

Литература

Liu A.-C., Lai Y.-Y., Chen H.-C., Chiu A.-P., Kuo H.-C. A Brief overview of the rapid progress and proposed improvements in gallium nitride epitaxy and process for third-generation semiconductors with wide bandgap. Micromachines. 2023;14(4): 764. https://doi.org/10.3390/mi14040764

Elwaradi R., Mehta J., Ngo T. H., … Cordier Y. Effects of GaN channel downscaling in AlGaN–GaN high electron mobility transistor structures grown on AlN bulk substrate. Journal of Applied Physics. 2023; 133(14): 145705. https://doi.org/10.1063/5.0147048

Zeng X., Wu Y., He G., Zhu W., Ding S., Zeng Z. High-pure AlN crystalline thin films deposited on GaN at low temperature by plasma-enhanced ALD. Vacuum. 2023;213: 112114. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2023.112114

Yang L., Huang W., Wang D., … Wang X. AlN/ GaN HEMTs with fmax exceeding 300 GHz by using Ge-doped n++GaN ohmic contacts. ACS Applied Electronic Materials. 2023;5(9): 4786–4791. https://doi.org/10.1021/acsaelm.3c00555

Wu C.-Y., Chao T.-S., Chou Y.-C. A high thermal stability ohmic contact for GaN-based devices. Nanoscale Advances. 2023;5(19): 5361–5366. https://doi.org/10.1039/D3NA00491K

Greco G., Iucolano F., Roccaforte F. Ohmic contacts to gallium nitride materials. Applied Surface Science. 2016;383: 324–345. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.04.016

Liu Y. Recent research on ohmic contacts on GaN-based materials. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020;738(1): 012007. https://doi.org/10.1088/1757-899X/738/1/012007

Ambacher O. Growth and applications of group III-nitrides. Journal of Physics D: Applied Physics. 1998;31(20): 2653–2710. https://doi.org/10.1088/0022-3727/31/20/001

Yue Y., Hu Z., Guo J., … Xing H. InAlN/AlN/GaN HEMTs with regrown ohmic contacts and fT of 370 GHz. IEEE Electron Device Letters. 2012;33(7): 988–990. https://doi.org/10.1109/LED.2012.2196751

Hong S.J., Kim K. (Kevin). Low-resistance ohmic contacts for high-power GaN field-effect transistors obtained by selective area growth using plasmaassisted molecular beam epitaxy. Applied Physics Letters. 2006; 89(4):042101. https://doi.org/10.1063/1.2234566

Zheng Z., Seo H., Pang L., Kim K. (Kevin). Nonalloyed ohmic contact of AlGaN/GaN HEMTs by selective area growth of single-crystal n+-GaN using plasma assisted molecular beam epitaxy. Physica Status Solidi (a). 2011;208(4): 951–954. https://doi.org/10.1002/pssa.201026557

Guo J., Cao Y., Lian C., … Xing H. (Grace). Metalface InAlN/AlN/GaN high electron mobility transistors with regrown ohmic contacts by molecular beam epitaxy. Physica Status Solidi (a). 2011;208(7): 1617–1619. https://doi.org/10.1002/pssa.201001177

Bo Song, Mingda Zhu, Zongyang Hu, … Xing H.G. Ultralow-leakage AlGaN/GaN high electron mobility transistors on Si with non-alloyed regrown ohmic contacts. IEEE Electron Device Letters. 2016;37(1): 16–19. https://doi.org/10.1109/LED.2015.2497252

Mizerov A. M., Timoshnev S. N., Nikitina E. V., … Bouravleuv A. D. On the specific features of the plasma-assisted MBE synthesis of n+-GaN layers on GaN/c-Al2O3 templates. Semiconductors. 2019;53(9): 1187–1191. https://doi.org/10.1134/S1063782619090112

Brandt O., Yang H., Ploog K. H. Surface kinetics of zinc-blende (001) GaN. Physical Review B. 1996;54(7): 4432–4435. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.54.4432

Wells R. J. Rapid approximation to the Voigt/Faddeeva function and its derivatives. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer.1999;62(1): 29–48. https://doi.org/10.1016/S0022-4073(97)00231-8

Zsebök O., Thordson J. V., Andersson T. G. Surface morphology of MBE-grown GaN on GaAs(001) as function of the N/Ga-ratio. MRS Internet Journal of Nitride Semiconductor Research. 1998;3: 1-11. https://doi.org/10.1557/S1092578300000867

Zsebök O., Thordson J. V., Gunnarsson J. R., Zhao Q. X., Ilver L., Andersson T. G. The effect of the first GaN monolayer on the nitridation damage of molecular beam epitaxy grown GaN on GaAs(001). Journal of Applied Physics. 2001;89(7): 3662–3667. https://doi.org/10.1063/1.1345516

Liao H., Wei T., Zong H.,… Hu X. Raman investigation on the surface carrier concentration of single GaN microrod grown by MOCVD. Applied Surface Science. 2019;489: 346–350. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.05.346

Lee Y.-J., Kuo H.-C., Lu T.-C., … Lin S.-Y. Study of GaN-based light-emitting diodes grown on chemical wet-etching-patterned sapphire substrate with V-shaped pits roughening surfaces. Journal of Lightwave Technology. 2008;26(11): 1455–1463. https://doi.org/10.1109/JLT.2008.922151

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;47(6): 1049–1060. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.01.239

Ruvimov S., Liliental-Weber Z., Washburn J., … Weber E. R. Effect of N/Ga flux ratio in GaN buffer layer growth by MBE on (0001) sapphire on defect formation in the GaN main layer. MRS Proceedings. 1999;572: 295. https://doi.org/10.1557/PROC-572-295

Seredin P. V., Ternovaya V. E., Glotov A. V., … Prutskij T. X-ray diffraction studies of heterostructures based on solid solutions AlxGa1−xAsyP1−y:Si. Physics of the Solid State. 2013;55(10): 2161–2164. https://doi.org/10.1134/S1063783413100296

Seredin P. V., Glotov A. V., Lenshin A. S., … Rinke M. Structure and optical properties of heterostructures based on MOCVD (AlxGa1−xAs1−yPy)1−zSiz alloys. Semiconductors. 2014;48(1): 21–29. https://doi.org/10.1134/S1063782614010217

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;104: 101–110. https://doi.org/10.1016/j.physe.2018.07.024

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

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

Behera S., Khare A. Characterization of sapphire (a-Al2O3) thin film fabricated by pulsed laser deposition. In: 13th International Conference on Fiber Optics and Photonics. Kanpur: OSA; 2016; P1A.15. Available at: https://opg.optica.org/abstract.cfm?URI=Photonics-2016-P1A.15

Terekhov V. A., Terukov E. I., Undalov Y. K., … Trapeznikova I. N. Effect of plasma oxygen content on the size and content of silicon nanoclusters in amorphous SiOx films obtained with plasma-enhanced chemical vapor deposition. Symmetry. 2023;15(9): 1800. https://doi.org/10.3390/sym15091800

Solonenko D., Gordan O. D., Le Lay G., Zahn D. R. T., Vogt P. Comprehensive Raman study of epitaxial silicene-related phases on Ag(111). Beilstein Journal of Nanotechnology. 2017;8: 1357–1365. https://doi.org/10.3762/bjnano.8.137

Park A. H., Seo T. H., Chandramohan S., … Suh E.-K. Efficient stress-relaxation in InGaN/GaN light-emitting diodes using carbon nanotubes. Nanoscale. 2015;7(37): 15099–15105. https://doi.org/10.1039/C5NR04239A

Tripathy S., Chua S. J., Chen P., Miao Z. L. Micro-Raman investigation of strain in GaN and AlxGa1−xN/GaN heterostructures grown on Si(111). Journal of Applied Physics. 2002;92(7): 3503–3510. https://doi.org/10.1063/1.1502921

Talwar D. N., Lin H.-H., Chuan Feng Z. Anisotropic optical phonons in MOCVD grown Sidoped GaN/sapphire epilayers. Materials Science and Engineering: B. 2020;260: 114615. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2020.114615

Klootwijk J. H., Timmering C. E. Merits and limitations of circular TLM structures for contact resistance determination for novel III-V HBTs In: Proceedings of the 2004 International Conference on Microelectronic Test Structures (IEEE Cat . No.04CH37516). Awaji Yumebutai, Japan: IEEE; 2004; 247–252. Available at: http://ieeexplore.ieee.org/document/1309489/

Egorkin V. I., Zemlyakov V. E., Nezhentsev A. V., Garmash V. I., Kalyuzhnyi N. A., Mintairov S. A. Investigation of alloyed ohmic contacts in epitaxial tellurium-doped gallium arsenide layers. Russian Microelectronics. 2018;47(6): 388–392. https://doi.org/10.1134/S1063739718060045

Опубликован
2024-07-12
Как цитировать
Середин, П. В., Голощапов, Д. Л., Костомаха, Д. Е., Пешков, Я. А., Буйлов, Н. С., Гайворонская, А. А., Мизеров, А. М., Тимошнев, С. Н., Соболев, М. С., Убыйвовк, Е. В., Земляков, В. Е., Куцько, П. П., & Пармон, П. Л. (2024). Структурно-спектроскопические исследования эпитаксиально- доращиваемых контактных слоев GaN, n-GaN и n+-GaN. Конденсированные среды и межфазные границы, 26(3), 526-535. https://doi.org/10.17308/kcmf.2024.26/12228
Раздел
Оригинальные статьи

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)