WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

11 Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 356 Р.Н. Кютт, М.П. Щеглов, В.Ю. Давыдов, А.С. Усиков С увеличением концентрации Al в слоях СР меняется как положение сателлитов (смещение в сторону меньших углов), так и относительная интенсивность сателлитов в сторону уменьшения нулевого и увеличения боковых сателлитов. Последнее вызвано ростом разности деформации двух слоев и, следовательно, параметра B.

Параметры, полученные непосредственно из дифракционных кривых (период и средние параметры a и c СР) представлены в табл. 1. Степень релаксации СР в целом может быть определена из отношения c / a. На рис. 4 значения этой величины нанесены в зависимости от периода СР для образцов серий 1 и 2 и от среднего содержания Al в СР для образцов третьей серии.

Экспериментальные точки на рис. 4 лежат далеко от линий, характеризующих псевдоморфные напряженные структуры и немного выше зависимостей, рассчитанных для полной релаксации, что указывает на то, что СР в целом находятся в сжатом состоянии. Отсюда следует, что исследование СР являются релаксационными структурами, а сжатие вызвано напряжениями, возникающими из-за разности коэффициентов теплового расширения подложки сапфира ( = 7.2 · 10-6 K-1), с одной стороны, и слоев GaN и AlGaN (GaN = 5.6 · 10-Рис. 2. Трехкристальные дифракционные кривые -2-сканирования симметричного брэгговского отражения 0002 для образцов с разным периодом СР. Сплошная линия — эксперимент, штриховая — расчет, выполненный для СР с параметрами, приведенными в табл. 2 и 3. T, : a — 281, b — 470, c — 950.

Для СР с одинаковыми технологическими параметрами, но выращенных на разных буферных слоях — GaN и AlGaN — дифракционные кривые мало отличаются друг от друга как по положению, так и по интенсивности Рис. 3. Дифракционные кривые для симметричного Лауэсателлитов. Угловое положение среднего пика СР для отражения 1010. a — трехкристальная кривая -сканирования симметричной Лауэ-дифракции, определяемое по углу для образца 1044 (период 570 ). b — центральные пики СР анализатора в 2-моде сканирования, также мало ме(сплошные линии) на кривых 2-сканирования для образцов няется с увеличением периода и не зависит от состава 1059 (1), 1044 (2), 927 (3), 870 (4) и буферного слоя GaN буферного слоя (рис. 3, b). (штрих).

Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. Деформация слоев в сверхрешетках AlGaN/GaN по данным рентгенодифракционного анализа Таблица 1. Средние параметры сверхрешеток, полученные из рентгенодифракционных кривых Буферный слой GaN AlGaN №образца 1055 1054 1051 1044 1072 1059 927 870 1070 1074 Период, 53.5 129 281 470 92 238 570 950 119 142 c, 5.1543 5.1523 5.1526 5.1543 5.1492 5.1543 5.1621 5.1598 5.1703 5.1340 5. a, 3.1759 3.1761 3.1766 3.1748 3.1721 3.1755 3.1757 3.1752 3.1812 3.1664 3.Таблица 2. Параметры слоев сверхрешеток AlGaN/GaN с разными периодами (см. табл. 1), определенные из анализа дифракционных кривых №образца 1055 1054 1051 1044 1059 927 tAlGaN/tGaN 1.25 1.05 1.15 1.05 1 1.1 1.x 0.286 0.31 0.30 0.31 0.30 0.25 0.GaN, 10-3 -2.4 -4.0 -2.6 -4.4 -3.1 -3.6 -3.AlGaN, 10-3 1.3 3.5 2.2 2.9 2.3 1.4 1. a1, -0.018 -0.012 -0.016 -0.014 0.008 0.001 0. a2, 0.010 0 0.008 0 -0.007 -0.003 -0.AlN = 4.2 · 10-6) —с другой. Из рис. 4, a видно, что раствора оказался толще слоя GaN). Содержание Al в точки, относящиеся к СР, выращенным на буфере GaN, барьерном слое для образцов первых двух серий не лежат в целом ниже, чем значения c / a для структур равно заложенному значению x = 0.26, а колеблется с буферным слоем AlGaN. Данный результат может от образца к образцу. Отметим, что это затрудняет быть следствием того, что кроме вклада термоупругих анализ деформаций в исследованных СР, поскольку не напряжений в системе имеется остаточная деформация позволяет пользоваться технологическими параметрами как результат неполного снятия напряжений несоот- и заставляет определить все эти величины из дифракционных измерений.

ветствия между буферным слоем и СР в целом при Из табл. 2–3 видно, что слои GaN в СР находятся в сотемпературе релаксации. Эта деформация является в стоянии сжатия (GaN < 0), а слои твердого раствора — первом случае деформацией растяжения, а во втором — в состоянии растяжения (AlGaN > 0), причем это имеет сжатия (если содержание Al в буферном слое больше, место для всех исследованных структур независимо чем в среднем в СР). На рис. 4, a наблюдается также некоторое увеличение отношения c / a с ростом пе- от состава буферного слоя (за исключением образца с наименьшей концентрацией Al). Из табл. 2 видно, риода. С увеличением содержания Al отношение c / a что, хотя значения деформаций меняются от образца уменьшается в полном соответствии с расчетной завик образцу, какой-либо зависимости от периода СР не симостью для релаксированных СР (рис. 4, b).

выявляется. Сжатие слоев GaN в среднем одинаково Параметры отдельных слоев СР, определенные анадля структур, выращенных на буферном слое GaN и на литически по методике, описанной выше и уточненные буфере AlGaN, но слои твердого раствора во втором путем сравнения экспериментальных и расчетных крислучае испытывают меньшие деформации растяжения.

вых отражения, приведены в табл. 2 (для первых двух Для серии структур, имеющих примерно одинаковый серий образцов) и 3 (для СР третьей серии). Кривые, период, но разное содержание Al, деформации обоих рассчитанные с использованием этих параметров, покасоставляющих слоев СР возрастают (по абсолютной заны на рис. 2 штриховой линией. Расчет, выполненный величине) с увеличением концентрации Al.

по кинематической теории для идеальной сверхрешетки, позволяет достигнуть хорошего соответствия относиТаблица 3. Параметры слоев сверхешеток AlGaN/GaN с разтельных интенсивностей сателлитов на расчетных и ным содержанием Al в слое твердого раствора Alx Ga1-xN экспериментальных кривых, несмотря на то что общая толщина СР превышает экстинкционную длину.

№образца 1070 1072 1074 Сравнивая полученные значения периода, толщины субслоев и состава слоя AlGaN с параметрами, залоtAlGaN/tGaN 1.1 1.2 1.3 1.женными при росте, следует отметить их заметное рас- x 0.15 0.31 0.44 0.хождение. Период СР оказался в большинстве случаев GaN, 10-3 -0.3 -4.6 -5.5 -6.AlGaN, 10-3 -0.8 1.6 2.1 3.больше предполагаемого примерно на 20%. Не имеет a1, 0.013 0.004 0.0012 -0.места также предполагаемое равенство толщин слоев a2, -0.013 -0.004 -0.009 -0.AlGaN и GaN (для большинства структур слой твердого Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 358 Р.Н. Кютт, М.П. Щеглов, В.Ю. Давыдов, А.С. Усиков во-вторых, все процессы релаксации, относящиеся как к буферному слою на сапфире, так и к слоям СР на буферных слоях разного состава, должны происходить при одной и той же температуре, которая оказывается ниже температуры роста.

Если вычесть термоупругий вклад, то значения GaN и AlGaN становятся близкими по абсолютной величине, что и является свидетельством того, что, как уже сказано выше, для всех исследованных СР имеет место близкая к 100% релаксация на нижней гетерогранице, т. е. снятие напряжений, возникающих между СР в целом и буферным слоем. Это неудивительно, если учесть общую толщину СР (около 3 µm) и относительное несоответствие между СР в целом и буферным слоем GaN порядка 0.32% и выше (исходя из среднего состава СР x = 0.15), так что возникающие напряжения заведомо больше критических. Последнее относится и к росту на буферном слое твердого раствора, если концентрация Al в буферном слое заметно отличается от средней по СР. Если из данных табл. 2, 3 вычислить средние по периоду деформации СР при температуре релаксации, то их значения показывают наличие остаточных деформаций растяжения (0.6-1.2) · 10-3 для образцов, Рис. 4. Отношение экспериментально полученных средних выращенных на GaN-буфере, и почти полное (в предепараметров c и a сверхрешетки AlGaN/GaN в зависимости от лах погрешности определения) снятие напряжений для периода СР (при одинаковом среднем составе) (a) и от среднеструктур, выращенных на буфере AlGaN (за исключениго состава СР при одинаковом периоде (b). 1 — для образцов, выращенных на буферном слое GaN, 2 — на буферном слое ем образца 1070 с наименьшим содержанием Al).

AlGaN. Сплошные линии на части a — расчетные значения Однако из полученных данных видно, что снятие надля полностью релаксированной СР, штриховые линии — пряжений происходит не только на нижней гетерогранинерелаксированное состояние относительно буферного слоя це СР-буфер, но и между отдельными слоями СР. На это GaN. Штриховая линия на части b — расчет для нерелаксиуказывают отличные от нуля значения скачка параметра рованного состояния относительно буферного слоя AlGaN с a2. Значения этой величины меняются от образца составом x0 = 0.22.

к образцу, не обнаруживая какой-либо закономерной зависимости от периода или содержания Al. Для образца с наименьшей концентрацией Al имеет место почти В абсолютном выражении деформации сжатия слоев полная релаксация напряжений между слоями, большая GaN больше, чем деформация растяжения слоев AlGaN.

степень релаксации (около 0.5) наблюдается и для самой Это отличие вызвано в основном термоупругими на- короткопериодной СР. Для большинства структур отнопряжениями. Их можно вычислить, предполагая, что сительный уровень релаксации r2 находится в пределах релаксация происходит при температуре роста, или (0.1-0.3), а слои СР 1044 и 1054 когерентны между оценить эмпирически, исходя из углового положения собой ( a2 = 0). Такой разброс можно объяснить тем, пика отражения буферного слоя GaN в симметричной что релаксация между слоями зависит от дефектной лауэвской геометрии (рис. 3, a). В первом случае для структуры буферных слоев и пленок, которая не в потермоупругого вклада T в деформацию получается следнюю очередь определяется конкретными условиями значение -2.8 · 10-3, во втором—(-1.2 · 10-3). Первое роста того или иного образца.

значение представляется слишком большим по абсолют- Можно представить несколько путей снятия напряной величине, поскольку после его вычета из значений, жений в структурах AlGaN/GaN. Если считать, что приведенных в табл. 2, 3, оказывается, что СР в целом релаксация осуществляется с помощью дислокаций, то находятся в состоянии растяжения при температуре напряжения между отдельными слоями могут частично роста. Это очевидно при росте на релаксированном сниматься путем изгиба прорастающих дислокаций смебуферном слое GaN, но трудно объяснить физически шанного типа с образованием горизонтальных фрагмендля структур, растущих на буфере твердого раствора с тов на гетерограницах между слоями непосредственно в содержанием Al в нем большим, чем в среднем по СР. процессе роста (такой механизм рассмотрен в [26]). Что Эмпирическое значение T ближе к реальности. Однако касается напряжений между СР в целом и буферным его использование предполагает соблюдение двух усло- слоем, то они могут релаксировать по достижении вий. Во-первых, разница в термоупругих напряжениях критической толщины СР через образование дислокацислоев GaN и AlGaN должна быть не очень заметна; онной сетки или пронизывающих дислокаций с большой Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. Деформация слоев в сверхрешетках AlGaN/GaN по данным рентгенодифракционного анализа горизонтальной проекцией. В работе [13] предполага- [7] R. Langer, J. Simon, O. Konovalov, N. Pelekanos, A. Barski, M. Leszczy’ski. MRS-Internet J. Nitride Semicond. Res. 3, ется другой механизм релаксации напряжений в СР (1998).

AlGaN/GaN, по которому вначале слои СР растут коге[8] Cho Yong-Hoon, F. Feller, R.J. Hauenstein, G.H. Park, рентно друг относительно друга и к буферному слою. По J.J. Song, S. Keller, U.K. Mishra, S.P. DenBaars. J. Appl. Phys.

достижении критической толщины напряжения относи85, 3006 (1999).

тельно буферного слоя GaN снимаются с образованием [9] A. Saxler, P. Debray, R. Perrin, S. Elhamri, W.C. Mitchel, трещин, которые, пронизывая всю структуру, являются C.R. Elsass, I.P. Smorchkova, B. Hejing, E. Haus, P. Fini, источником образования дислокаций на границах межJ.P. Ibbetson, S. Keller, P.M. Petroff, S.P. DenBaars, ду отдельными слоями. Однако такой процесс может U.K. Mishra, J.S. Spek. J. Appl. Phys. 87, 369 (2000).

происходить только в СР, испытывающих средние рас- [10] J. Bai, T. Wang, S. Sakai. J. Appl. Phys. 90, 1740 (2001).

[11] S. Yamaguchi, M. Kosaki, Y. Watanabe, Y. Yukawa, S. Nitta, тягивающие напряжения относительно буферного слоя, H. Amano, I. Akasaki. Appl. Phys. Lett. 79, 3062 (2001).

т. е. выращенных или на GaN-буфере, или на буфере [12] A. Dadgar, J. Christen, T. Riemann, S. Richter, J. Blassing, твердого раствора с содержанием Al меньшим, чем в A. Diez, A. Krost, A. Alam, M. Heuken. Appl. Phys. Lett. 78, среднем по СР (образцы № 1074 и 1075 в нашем 2211 (2001).

случае). К сожалению, одних только рентгенодифрак[13] S. Einfeldt, H. Heinke, V. Kirchner, D. Hommel. J. Appl. Phys.

ционных данных недостаточно, чтобы сделать вывод о 89, 2160 (2001).

конкретном механизме релаксации.

[14] M.A. Tagliente, L. De Caro, L. Tapfer, P. Waltereit, O. Brandt, Таким образом, в настоящей работе проведеK.-H. Ploog. J. Appl. Phys. 92, 70 (2002).

но рентгенодифракционное исследование сверхрешеток [15] H.-M. Wang, J.-P. Zhang, C.-Q. Chen, Q. Fareed, J.-W. Yang, M.A. Khan. Appl. Phys. Lett. 81, 604 (2002).

AlGaN/GaN, выращенных на сапфире с буферным слоем [16] Z. Zhong, O. Ambacher, A. Link, V. Holy, J. Stangl, GaN и AlGaN в широком интервале изменения периода R.T. Lechner, T. Roch, G. Bauer. Appl. Phys. lett. 80, СР и содержания Al. На основе анализа и моделирования (2002).

дифракционных кривых симметричного брэгговского от[17] B. Heying, X. H. Wu, S. Keller, Y. Li, D. Kapolnek, B.P. Keller, ражения с дополнительным привлечением симметричноS.P. DenBaars, J.S. Speck. Appl. Phys. Lett. 68, 643 (1996).

го Лауэ-рефлекса определены как средние параметры, [18] T. Metzger, R. Hopler, E. Born, O. Ambacher, M. Stutzmann, так и состав, толщина и деформация отдельных слоR. Stommer, M. Schuster, H. Gobel, S. Christiansen, ев СР. Показано, что 1) оба составляющих слоя СР M. Albrecht, H.P. Strunk. Phil. Mag. A77, 1013 (1998).

находятся в деформированном состоянии, при этом слои [19] R. Kyutt, V. Ratnikov, G. Mosina, M. Scheglov. Solid Stat.

Phys. 41, 25 (1999).

GaN испытывают деформацию сжатия по отношению к [20] V.S. Speriosu, T. Vreeland. J. Appl. Phys. 56, 1591 (1984).

их свободным параметрам, а слои AlGaN — растяжения;

[21] R.N. Kyutt, A.A. Toropov, T.V. Shubina, S.V. Sorokin, 2) для исследованных СР имеет место почти полная M. Karlsteen, M. Willander. Appl. Surf. Sci. 166, 341 (2000).

Pages:     | 1 || 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.