Дифрактометрические исследования особенностей формирования слоев GaN на подложках кремния методом МПЭ ПА без использования процедуры нитридизации подложки и промежуточного AlN зародышевого слоя
Аннотация
Цель статьи: В работе дано представление о структурных особенностях роста GaN слоев, сформированных методом молекулярно-пучковой эпитаксии с плазменной активацией азота на подложках кремния, без использования процедуры нитридизации подложки, а также формирования промежуточного алюминийсодержащего слоя.
Экспериментальная часть: Применяя методы высокоразрешающей рентгеновской дифрактометрии, наглядно показано, что с использованием предложенной технологии возможен рост релаксированных GaN пленок. Установлено, что в слоях GaN, выращенных непосредственно на Si подложке после пассивации ее поверхности атомами Ga, величина остаточных напряжений находится на уровне 300 MPa, в то время как использование атомов индия в качестве поверхностно-активного вещества при росте слоя GaN приводит к более высокому уровню остаточных напряжений.
Выводы: Полученные результаты важны для понимания жизнеспособности предложенного подхода формирования GaN слоя непосредственно интегрированного с Si без процедур нитридизации подложки и алюминий содержащего буфера, открывающего перспективы для реализации оптоэлектронных устройств на основе AIIIN
Скачивания
Литература
Li J., Xu Y., Tao J., … Xu K. Study on nucleation and growth mode of GaN on patterned graphene by epitaxial lateral overgrowth. Crystal Growth & Design. 2023;23(8): 5541–5547. https://doi.org/10.1021/acs.cgd.3c00171
Almalawi D., Lopatin S., Edwards P. R., … Roqan I. S. Simultaneous growth strategy of high-optical-efficiency GaN NWs on a wide range of substrates by pulsed laser deposition. ACS Omega. 2023;8(49): 46804–46815. https://doi.org/10.1021/acsomega.3c06302
Lim S. H., Bin Dolmanan S., Tong S. W., Liu H. Temperature dependent lattice expansions of epitaxial GaNon-Si heterostructures characterized by in- and ex-situ X-ray diffraction. Journal of Alloys and Compounds. 2021;868: 159181. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.159181
Seredin P. V., Lenshin A. S., Zolotukhin D. S., Arsentyev I. N., Zhabotinskiy A. V., Nikolaev D. N. Impact of the substrate misorientation and its preliminary etching on the structural and optical properties of integrated GaAs/Si MOCVD heterostructures. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. 2018;97: 218–225. https://doi.org/10.1016/j.physe.2017.11.018
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 InxGa1-xN/Si(111) heterostructures with nanocolumn morphology of thin film. Physica E: Lowdimensional Systems and Nanostructures. 2018;104: 101–110. https://doi.org/10.1016/j.physe.2018.07.024
Mizerov A. M., Timoshnev S. N., Sobolev M. S., … Bouravleuv A. D. Features of the initial stage of GaN growth o i(111) substrates by nitrogen-plasma-assisted molecularbeam epitaxy. Semiconductors. 2018;52(12): 1529–1533. https://doi.org/10.1134/S1063782618120175
Vasilkova E. I., Pirogov E. V., Sobolev M. S., Ubiyvovk E. V., Mizerov A. M., Seredin P. V. Molecular beam epitaxy of metamorphic buffer for InGaAs/InP photodetectors with high photosensitivity in the range of 2.2-2.6 um. Condensed Matter and Interphases. 2023;25(1): 20–26. https://doi.org/10.17308/kcmf.2023.25/10972
Seredin P. V., Glotov A. V., Domashevskaya E. P., Arsentyev I. N., Vinokurov D. A., Tarasov I. S. Structural features and surface morphology of AlxGayIn1-x-yAszP1-z/ GaAs(1 0 0) heterostructures. Applied Surface Science. 2013; 267: 181–184. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.09.053
Lee J.-H., Im K.-S. Growth of high quality GaN on Si (111) substrate by using two-step growth method for vertical power devices application. Crystals. 2021;11(3): 234. https://doi.org/10.3390/cryst11030234
Zheng C. D., Mo C. L., Fang W. Q., Jiang F. Y. Effect of the conduction type of Si (111) substrates on the performance of GaN MQW LED epitaxial films. Advanced Materials Research. 2013;750–752: 1029–1033. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.750-752.1029
Ene V. L., Dinescu D., Djourelov N., … Andronescu E. Defect structure determination of GaN films in GaN/AlN/Si heterostructures by HR-TEM, XRD, and slow positrons experiments. Nanomaterials. 2020;10(2): 197. https://doi.org/10.3390/nano10020197
Lee H.-P., Perozek J., Rosario L. D., Bayram C. Investigation of AlGaN/GaN high electron mobility transistor structures on 200-mm silicon (111) substrates employing different buffer layer configurations. Scientific Reports. 2016;6(1): 37588. https://doi.org/10.1038/srep37588
Xue J. J., Chen D. J., Liu B., … Zhang J. P. Indium-rich InGaN epitaxial layers grown pseudomorphically on a anosculpted InGaN template. Optics Express. 2012;20(7): 8093. https://doi.org/10.1364/OE.20.008093
Ng T. K., Holguin-Lerma J. A., Kang C. H., … Ooi B. S. Group-III-nitride and halide-perovskite semiconductor gain media for amplified spontaneous emission and lasing applications. Journal of Physics D: Applied Physics. 2021;54(14): 143001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/abd65a
Morkoç H. Handbook of nitride semiconductors and devices: materials properties, physics and growth. 1st ed. Wiley; 2008. https://doi.org/10.1002/9783527628438
Group IV elements, IV-IV and III-V compounds. Part a - lattice properties. Madelung O., Rössler U., Schulz M. (eds.). Berlin/Heidelberg: Springer-Verlag; 2001; a1–7. https://doi.org/10.1007/b60136
Kisielowski C., Krüger J., Ruvimov S., … Davis R. F. Strain-related phenomena in GaN thin films. Physical Review B. 1996;54(24): 17745–17753. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.54.17745
Harutyunyan V. S., Aivazyan A. P., Weber E. R., Kim Y., Park Y., Subramanya S. G. High-resolution X-ray diffraction strain-stress analysis of GaN/sapphire heterostructures. Journal of Physics D: Applied Physics. 2001;34(10A): A35–A39. https://doi.org/10.1088/0022-3727/34/10A/308
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−x As:Si/GaAs(100) heterostructures. Semiconductors. 2011;45(4): 481–492. https://doi.org/10.1134/S106378261104021X
Seredin P. V., Leiste H., Lenshin A. S., Mizerov A. M. Effect of the transition porous silicon layer on the properties of hybrid GaN/SiC/por-Si/Si(1 1 1) heterostructures. Applied Surface Science. 2020;508: 145267. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.145267
Li Z., Jiu L., Gong Y., … Wang T. Semi-polar (11-22) AlGaN on overgrown GaN on micro-rod templates: simultaneous management of crystal quality improvement and cracking issue. Applied Physics Letters. 2017;110(8): 082103. https://doi.org/10.1063/1.4977094
Copyright (c) 2025 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
