WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 11 |

плазменного отражения в одной и той же области, что свидетельствует об ошибке при определении кон- Газофазная эпитаксия из металлорганических соедицентрации носителей заряда в работе [7] по крайней нений не применялась для роста InN до 1989 г., когда мере на 3 порядка. Однако авторы оставили без внима- она была впервые использована в сочетании с радиочания наличие такого противоречия в экспериментальных стотной активацией газа N2 для осаждения пленок InN данных. на сапфире при температуре роста TS 500C [28].

1 Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 900 В.Ю. Давыдов, А.А. Клочихин Позднее эта методика была модифицирована [29–31] В образцах нового поколения впервые для этих крикак за счет применения послеростового отжига при сталлов удалось обнаружить межзонную люминесцентемпературах 450-550C, так и за счет усовершенство- цию [44,45,48]. Межзонное происхождение этой лювания технологии нитридизации подложки, что привело минесценции подтверждается изменением контура полосы в зависимости от концентрации электронов и к появлению пленок InN с лучшими структурными от температуры образца. Сопоставление полученных характеристиками. Однако электрические и оптические параметры этих пленок, такие как концентрация элек- параметров люминесценции в InN с данными для легированных кристаллов GaAs и GaN показало, что натронов (5 · 1019 см-3) и порог оптического поглощения блюдаемая люминесценция обусловлена межзонной ре( 1.97 эВ), оставались на уровне характеристик пленок, комбинацией свободных носителей и фотовозбужденных полученных техникой плазменного распыления.

дырок [15,44,45,48]. Совместный анализ спектров межИнформация о монокристаллических пленках InN, зонной люминесценции и поглощения позволил уставыращенных стандартным методом MOVPE, появилась новить, что InN является узкозонным полупроводником только в 1989 г. [14]. Использование высокого парциальс шириной запрещенной зоны около 0.65-0.7эВ. Этот ного давления NH3 в реакторах MOVPE при низком результат подтвердился и при исследовании твердых или атмосферном давлении позволило увеличить темрастворов Inx Ga1-xN [15,45,48,49] в области больших пературу роста TS до 550C и тем самым увеличить концентраций индия.

эффективность пиролиза аммиака [32,33]. В результате без дополнительного возбуждения азота удалось получить пленки InN на сапфире с несколько пониженной 1.3. План обзора концентрацией электронов ( 5 · 1019 см-3) и с большей В разд. 2 обзора мы рассмотрим экспериментальные подвижностью (до 270 см2/В · с при комнатной темпераи теоретические данные по динамике кристаллической туре).

решетки гексагональных кристаллов InN. ЭксперименДальнейшее увеличение TS привело к повышению тальные данные по рамановскому рассеянию на колеоднородности эпитаксиальных слоев InN [34], а исбаниях решетки и по инфракрасному поглощению и пользование высокотемпературных промежуточных слоотражению в области решеточных колебаний образуев GaN, выращенных на сапфире, обеспечило более ют фундамент для модельных расчетов дисперсионных высокую подвижность электронов, 700 см2/В · с при комкривых фононов по всей зоне Бриллюэна и функции натной температуре [35], при относительно хорошем плотности фононных состояний. Мы покажем, что рамакачестве пленок и концентрации электронов не выше новское рассеяние оказывается полезным инструментом 5 · 1019 см-3.

для оценки качества образцов InN.

Существенный прогресс в синтезе пленок последоРазд. 3 обзора посвящен электронным состояниям вал в результате использования метода молекулярнокристаллического InN. В нем обобщаются основные репучковой эпитаксии с плазменной активацией азозультаты теоретических расчетов спектров электронных та (PAMBE) [36]. Несколько исследовательских групп, состояний InN и данные исследования диэлектрической используя различные способы активации азота, срефункции в широкой области энергий. Кроме того, в этом ди них электрон-циклотронный резонанс [13,37], инразделе мы опишем новый подход к проблеме определедуктивно связанный высокочастотный разряд [38,39], ния ширины запрещенной зоны из оптических данных.

и даже комбинацию металлорганического источниРазвитый подход включает, наряду с анализом спектров ка In с высокочастотной активацией N2 [40], выпропускания и отражения, также использование люмирастили эпитаксиальные слои InN с концентрацинесценции и спектров ее возбуждения. Мы представим ей электронов (3-9) · 1018 см-3. При этом подвижанализ формы полосы межзонной рекомбинации в завиность электронов при комнатной температуре оказасимости от температуры и концентрации носителей, а лась сравнимой или даже выше, чем в случае образтакже обсудим зависимость ширины запрещенной зоны цов, полученных методом MOVPE: 500 см2/В · с [40], от концентрации свободных носителей. Анализ формы 800 см2/В · с [38], 820 см2/В · с [39], и 1700 см2/В · с [13].

полосы межзонной рекомбинации образцов различного Использование различных буферных слоев (AlN [38] качества показывает, что кристаллы InN характеризуи InN [13,37,39]) и различных процедур нитридизации ются значительной степенью неоднородности в пропоказало, что метод PAMBE при температуре роста странственном распределении электронной плотности, в пределах 470-550C имеет большие перспективы.

что также необходимо учитывать при определении их Улучшение электрических характеристик образцов про- параметров.

исходило одновременно улучшением их структуры, как Разд. 4 обзора посвящен исследованию твердых расэто следовало из данных рентгеновской дифракции [41].

творов Inx Ga1-xNв области больших и промежуточных Современные технологии [38,42,43] дали возможность концентраций In (0.40 < x < 1). В нем обсуждаются получить кристаллы n-InN с концентрацией электронов основные результаты оптических методов исследова (1.0-1.5) · 1018 см-3. Успехи в синтезе относительно ния ширины запрещенной зоны твердых растворов и высококачественных монокристаллических эпитаксиаль- ее зависимости от состава. Будут представлены также ных пленок InN позволили получить и новую информа- колебательные спектры твердых растворов в широком цию о ширине запрещенной зоны InN [44–47]. диапазоне составов.

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Электронные и колебательные состояния InN и твердых растворов Inx Ga1-xN 2. Колебательная спектроскопия Таким образом, в рамановском спектре первого порядка можно наблюдать 6 оптических мод: A1(TO), A1(LO), гексагонального InN E1(TO), E1(LO), E2(high) и E2(low).

Фононный спектр является фундаментальной харак- В табл. 1 приведены геометрии рассеяния, в кототеристикой кристалла, которая определяет термодина- рых возможно наблюдение оптических фононных мод различной симметрии. Здесь и далее для описания мические свойства материала, кинетические свойства носителей заряда и оптические свойства в инфракрас- геометрии рассеяния используются обозначения Порто.

Например, в z (xy)z символ z перед скобкой указывает ной (ИК) области. Такие характеристики фононного направление распространения возбуждающего света, а спектра, как функция плотности фононных состояний и фононные дисперсионные кривые, отражают специфи- символ z после скобок указывает направление наблюческие особенности кристаллической структуры и меж- дения рассеянного света. В скобках указывается поляризация возбуждающего, x, и рассеянного, y, фотонов.

атомных взаимодействий и дают важную информацию Направление z выбрано параллельно гексагональной о динамике кристаллической решетки. Как правило, оси c, а x и y — взаимно ортогональны и ориентированы сведения о фононных дисперсионных кривых и функции плотности фононных состояний получают из экспери- произвольным образом в плоскости, перпендикулярной ментов по рассеянию нейтронов. Однако монокристал- направлению z.

лы InN, имеющие необходимые для этих экспериментов 2.1.2. Основные экспериментальные результаты.

размеры, до настоящего времени отсутствуют.

Первые исследования фононного спектра InN были Другим ценным источником информации о дипроведены методами рамановской и ИК спектроскопии намике кристаллической решетки является раманна гексагональных пленках, выращенных на сапфире с спектроскопия. Исследования рамановских спектров ориентацией (0001) [51–53]. В этих работах были полупервого и второго порядка позволяют получать инчены данные о частотах некоторых из 6 длинноволновых формацию об энергиях фононов как в центре зоны оптических фононов гексагонального InN, которые моБриллюэна, так и на ее границах. Кроме того, введегут наблюдаться в эксперименте. Однако уже в этих ние контролируемым образом дефектов в исследуемые первых исследованиях выявились расхождения в изобразцы, в свою очередь, дает возможность восстамеряемых частотах фононов, а также противоречия в новить из рамановских спектров другую важнейшую отнесении наблюдаемых фононов к определенным типам характеристику фононного спектра — функцию плотсимметрии. Значения частот фононных мод, измеренные ности фононных состояний. В отличие от нейтронных в работах [51–53], и их отнесение к определенным типам исследований, большим преимуществом рамановского симметрии дано в табл. 2.

рассеяния является возможность получения информаДля получения наиболее полной информации из ции от объектов, имеющих размеры всего несколько рамановских и ИК измерений в работах [54,55] быдесятков микрометров. Наряду с раман-спектроскопией, ли исследованы образцы InN с разной ориентацией инфракрасная спектроскопия также относится к разряду оптической оси c относительно плоскости подложки.

наиболее часто используемых методик для изучения Нелегированные и легированные Mg слои InN толщидлинноволновых оптических фононов.

ной 0.1-0.7 мкм были выращены методом молекулярнопучковой эпитаксии на подложках -Al2O3 ориентации (0001) и (1102) [61,62]. Согласно рентгенострук2.1. Фононы в гексагональном InN турному анализу, все выращенные слои InN содержали 2.1.1. Правила отбора. Как и другие III-нитриды, InN только гексагональную фазу. В случае, когда испольможет кристаллизоваться в структуре типа вюрцита зовалась сапфировая подложка ориентации (0001), опили сфалерита (цинковой обманки). Гексагональный InN тическая ось слоя InN была перпендикулярна поверхкристаллизуется в структуре вюрцита с четырьмя атоности подложки, а при осаждении InN на сапфировую мами в элементарной ячейке и принадлежит к проподложку ориентации (1102) гексагональная ось слоя странственной группе C4 (C63mc). Согласно теоретикорасполагалась параллельно плоскости подложки и имела 6v групповому анализу в -точке, фононные моды в гексагональном InN принадлежат следующим неприводимым Таблица 1. Правила отбора для оптических фононов в криспредставлениям:

таллической решетке типа вюрцита + =(A1 + E1) +(A1 + 2B1 + E1 + 2E2).

ac opt Геометрия рассеяния Разрешенные моды Среди оптических фононов моды симметрии A1 и Ez (yy)z E2, A1(LO) являются раман- и ИК-активными, моды симметрии Ez (xy)z Eявляются только раман-активными, а моды симметрии y(zz)y A1(TO) B1 — это так называемые silent-моды, т. е. они не y(xz)y E1(TO) y(xx)y E2, A1(TO) наблюдаются ни в рамановских, ни в ИК спектрах [50].

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 902 В.Ю. Давыдов, А.А. Клочихин Таблица 2. Частоты оптических фононов (в см-1) в гексагональном InN при 300 К Тип колебания E2(low) A1(TO) E1(TO) E2(high) A1(LO) E1(LO) B1(low) B1(high) Эксперимент [51] 495 [52] 491 [53] 87 480 476 488 580 570 200 [54,55] 87 447 475 488 586 593 220 [56] 443 477 491 [57] 445 472 488 [58] 88 440 490 Расчет [57] 104 440 472 483 270 [58] 93 443 470 492 589 605 202 [59] 83 443 467 483 586 595 225 [60] 85 449 457 485 587 596 217 определенное направление. Таким образом, набор образцов, состоящий из слоев InN c различной ориентацией гексагональной оси относительно плоскости подложки, давал возможность зарегистрировать все 6 оптических фононов, разрешенных в рамановских спектрах, и распределить их по типам симметрии.

Рамановские спектры измерялись при комнатной и низких температурах в геометрии обратного рассеяния с использованием энергий возбуждения в диапазоне Eexc = 1.83-2.54 эВ.

Нелегированные слои имели n-тип проводимости с концентрацией электронов 1020 см-3. Введение в процессе роста Mg позволило снизить концентрацию носителей заряда в n-InN до 1019 см-3.

Рис. 2. Поляризованные рамановские спектры первого порядка при комнатной температуре номинально нелегированного InN, выращенного на сапфировой подложке с ориентацией подложки (1102). Энергия возбуждения Eexc = 2.54 эВ. На вставке — мнимая часть вклада A1(TO)- и E1(TO)-фононов в диэлектрическую проницаемость решетки; результат получен с помощью преобразования Крамерса–Кронига экспериментальных данных по отражению в различных геометриях вектора электрического поля волны E по отношению к оси c: E c — A1(TO) и E c — E1(TO). Из работы[54].

На рис. 1 и 2 в качестве примеров показаны рамановские спектры нелегированных образцов n-InN, выращенных на сапфировых подложках двух ориентаций, при энергии возбуждения 2.54 эВ. Тщательный анализ Рис. 1. Поляризованные рамановские спектры первого порамановских спектров первого порядка, полученных рядка при комнатной температуре номинально нелегированпри комнатной и криогенных температурах, выявил ного образца InN, выращенного на сапфировой подложке с ориентацией (0001). Энергия возбуждения Eexc = 2.54 эВ. На хорошее согласие поляризованных рамановских спеквставке — спектр второго порядка. Из работы [54].

тров с правилами отбора для вюрцитной структуры Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Электронные и колебательные состояния InN и твердых растворов Inx Ga1-xN (см. табл. 1). Исключение составила только линия на порогом оптического поглощения, межзонный вклад inter частоте 593 см-1, наблюдавшаяся в запрещенной гео- в диэлектрическую восприимчивость [1 + q ()] заметрии рассеяния x(zz)x (рис. 2); она была приписана метно меняется по величине. При этом значительно фонону симметрии E1(LO). В качестве подтверждения может сдвинуться в сторону больших энергий, как это правильности отнесения вышеуказанной моды к фонону будет показано в следующем разделе обзора, граница симметрии E1(LO) отмечалось, что удвоенное значение оптических переходов, что в свою очередь приводит ее энергии совпадает с высокочастотной границей двух- к зависимости межзонного вклада в диэлектрическую фононного спектра (см. вставку на рис. 1). Частоты восприимчивость от концентрации свободных носителей всех 6 раман-активных мод InN, полученных в рабо- заряда. Поэтому для аккуратного расчета спектра фононтах [54,55], и их распределение по типам симметрии плазмонных мод необходимо учитывать зависимости от представлены в табл. 2. концентрации свободных носителей заряда обоих элекСогласно правилам отбора, приведенным в табл. 1, тронных вкладов в диэлектрическую восприимчивость.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 11 |



© 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.