WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

работе уширенные пики (сателлиты) рефлексов от СР Однако из рис. 4, a видно, что некоторые дислокации не имели чисто гауссовской формы, а хорошо ап- не являются прямолинейными, а имеют зигзагообразную проксимировались пиковой функцией Войта с боль- форму, испытывая небольшой загиб на гетерогранишой долей лоренцовской составляющей как для -, цах между отдельными слоями СР и образуя таким так и для -2-моды сканирования, хотя на дальных образом горизонтальные сегменты. Такие дислокации крыльях углового распределения (| | > 2w, где w — не четко перпендикулярны гетерогранице, а прорастаполуширина пика) экспериментальная интенсивность на ют под небольшим углом к нормали. Загибание этих -кривых в брэгговской геометрии убывает заметно дислокаций вызвано, вероятно, наличием напряжений быстрее Войт-функции. На рис. 3 представлены харак- между слоями AlGaN и GaN по механизму, описанному терные примеры такой аппроксимации для -кривых в [17] для одиночного слоя AlGaN, зажатого между 0002-брэгговского и 1120-лауэвского рефлексов одного слоями GaN.

из образцов. Видно, что в брэгговских пиках превали- Кроме того, в исследованных структурах присутствурует гауссовская составляющая, а для Лауэ-геометрии ют дислокации (D2) с большой горизонтальной проеквклады гауссовского и лоренцовского уширения при- цией, которые пронизывают слои СР под малым углом к мерно равны. Можно предположить, что упорядоченные поверхности (рис. 4, b). Из дифракционного анализа слесемейства одноименных дислокаций приводят к гауссов- дует, что эти дислокации также имеют вектор Бюргерса ской форме уширенных дифракционных пиков [16], в то 1/3 1123. Планарное сечение СР на глубине 2 µm время как хаотические дислокации дают распределение от поверхности представлено на рис. 5. На изображении Физика твердого тела, 2006, том 48, вып. Дефектная структура сверхрешеток AlGaN/GaN, выращенных методом MOCVD на сапфире видны прямолинейные отрезки дислокаций в плоскости сечения (0001), которые, очевидно, являются горизонтальными сегментами дислокаций D2. Эти дислокации берут начало на границе между буферным слоем и СР и расположены, скорее всего, в плоскостях скольжения типа {1122}.

Более сложная дислокационная структура наблюдается для образца № 1075 с наибольшим содержанием Al в слоях твердого раствора. На рис. 6 показано поперечное сечение образца, на котором видно полное изображение Рис. 5. Электронно-микроскопическое изображение планарного сечения СР Alx Ga1-x N/GaN (период 470, x = 0.3) вблизи оси зоны [1120], g =[2110].

буферного слоя и СР. Как и для предыдущего образца, одни дислокации прорастают из буферного слоя в СР, не меняя своего направления, другие изгибаются и располагаются почти параллельно слоям СР. Примерно в середине СР наблюдается полоса, которая, скорее всего, представляет собой изображение дна трещины, располо женной на этой глубине параллельно направлению 1120.

Выше трещины видно большое число дислокаций (D3), располагающихся вдоль плоскости (0001) и не связанных с прорастающими дислокациями. На планарном сечении этого образца на глубине около 1 µm видны дефектные полосы, идущие вдоль направлений [1120] и [1100]. Такие же полосы фиксируются и на электронномикроскопических изображениях поверхности образца, из чего можно сделать вывод, что они появляются вследствие растрескивания эпитаксиального слоя на глубине.

При наличии растягивающихся напряжений трещина раскрывается и при росте слоя заполняется материалом, который содержит скопления дислокаций, взаимодействующих между собой. По границам полос располагается значительное число дислокаций. Эти дислокации распространяются по плоскостям (0001) и образуют скопления (сетку) неправильной формы.

4. Обсуждение результатов Результаты рентгенодифракционного анализа и электронно-микроскопического исследования в основном согласуются между собой. Это касается прежде всего типа дислокационной структуры, характеризующейся Рис. 4. Электронно-микроскопические изображения поперечпреобладанием перпендикулярных прорастающих дислоного сечения СР Alx Ga1-xN/GaN (период 470, x = 0.3) каций. Следующее из рентгеновских данных появление вблизи оси зоны [1120], полученные вблизи поверхности (a) горизонтальных дислокаций, очевидно, увязывается с и вблизи гетерограницы буферный слой–сверхрешетка (b).

Вектор дифракции g =[0004]. горизонтальными проекциями фиксируемых на электФизика твердого тела, 2006, том 48, вып. 1496 Р.Н. Кютт, Г.Н. Мосина, М.П. Щеглов, Л.М. Сорокин кового 3D-механизма роста и полностью (или почти полностью) релаксируют при температуре роста, а их характерная дислокационная структура мало связана с процессом релаксации. Существующие в таких системах напряжения при комнатной температуре имеют термоупругое происхождение. То же самое относится и к буферному слою в исследованных нами структурах (независимо от состава буфера: GaN или AlGaN). Что же касается несоответствия между буферным слоем и СР, то оно не так велико (при буфере GaN a/a =(1-6) · 10-для x = 0.1-0.5), а для буферных слоев твердого раствора еще меньше. Поэтому СР растет в целом псевдоморфно до достижения некоторой критической толщины, при которой происходит релаксация упругих напряжений. Значения критической толщины пленок AlGaN на GaN-буфере как для СР, так и одиночных слоев составляют по данным разных авторов 1 µm для x = 0.11 [18], 0.5 µm для x = 0.2 [11] и < 45 µm для x = 0.25. Общая толщина СР, исследованных в настоящей работе, заведомо больше критической.

Из литературы известно, что механизм релаксации в слоях твердых растворов на основе A3-нитридов зависит от знака упругих напряжений. Для слоев AlGaN на GaN, испытывающих деформацию растяжения, описан в основном механизм релаксации через образование трещин [18,19]. При этом традиционно считается, что формирование дислокационных сеток затруднено из-за высоких барьеров Пайерлса в базисной плоскости скольжения (0001). Для слоев, находящихся под напряженияРис. 6. Электронно-микроскопическое изображение поперечми сжатия (AlGaN на буфере твердого раствора с больного среза СР AlxGa1-x N/GaN (период 140, x = 0.51) вблизи шим содержанием Al, InGaN на GaN-буфере), упругие оси зоны [1100].

напряжения снимаются с помощью дислокаций [20–23].

В настоящей работе трещины были зафиксированы только для СР с наибольшим содержанием Al, выращенронно-микроскопических изображениях наклонных ди- ной на GaN-буфере. Что касается остальных образцов, слокаций.

то в них, очевидно, превалирует дислокационный мехаТенденция изменения дислокационной структуры с низм релаксации. При этом следует иметь в виду два ростом концентрации Al в слоях AlGaN (переход от типа напряжений: между буферным слоем и СР в целом упорядоченных прямолинейных дислокаций к более ха- и между отдельными слоями СР. Из анализа дифракотичному их распределению), выявленная на основе ционных кривых [13] были получены отличные от нуля анализа компонент микродисторсии, также подтвержда- скачки тангенционального межплоскостного расстояния ется прямым сравнением изображений, полученных для как на нижней гетерогранице (между буфером и СР), так структур с x = 0.3 и 0.51 (рис. 4 и 6).

и на границах между внутренними слоями СР. ПоследОценка плотности прорастающих вертикальных дис- ние, как упоминалось выше, частично могут сниматься в локаций на основе электронно-микроскопического изоб- процессе роста за счет загибания почти прямолинейных ражения поперечного среза (рис. 3) дает величину по- смешанных дислокаций на границах между слоями GaN рядка (1-1.5) · 109 cm-2, что согласуется с суммарной и AlGaN.

плотностью краевых и винтовых дислокаций для этого С другой стороны, дислокации, проходящие сквозь образца (табл. 2). структуру под большим углом к нормали, обязаны своим Различие в дислокационной структуре одиночных сло- происхождением, вероятно, релаксации между СР в ев GaN и AlGaN с СР на их основе, выращенных целом и буферным слоем. Механизм снятия напряжений на буферном слое, связано, очевидно, с наличием до- в сжатых слоях AlGaN с помощью наклонно прорастаюполнительных упругих напряжений между буферным щих дислокаций обсуждался в недавних работах [21–23].

слоем и СР в целом и между отдельными слоями СР. В них наблюдался наклон краевых дислокаций с векто Как известно, из-за очень большого рассогласования ром Бюргерса типа 1120, прорастающих из буферного параметров решеток подложки сапфира и A3-нитридов слоя AlGaN, от нормали c в перпендикулярных b направ одиночные слои GaN и AlN образуются путем остров- лениях типа 1010. Такие дислокации имеют параллельФизика твердого тела, 2006, том 48, вып. Дефектная структура сверхрешеток AlGaN/GaN, выращенных методом MOCVD на сапфире ную гетерогранице составляющую краевого типа, обес- [7] W. Qian, M. Skowronski, M. De Graef, K. Doverspike, L.B. Rowland, D.K. Gaskil. Appl. Phys. Lett. 66, 1252 (1995).

печивающую релаксацию упругих напряжений, степень [8] A. Sakai, S. Sunakava, A. Usui. Appl. Phye. Lett., 71, которой меняется линейно от гетерограницы к поверх(1997).

ности пленки. Механизм снятия напряжений с помощью [9] F.A. Ponce, D. Cherns, W.T. Young, J.W. Steeds. Appl. Phys.

наклонных дислокаций (наряду с образованием трещин) Lett. 69, 770 (1996).

описывается и для растянутых слоев AlGaN на GaN [10] H.-M. Wang, J.-P. Zhang, C.-Q. Chen, Q. Fareed, J.W. Yang, в [24,25]. Правда, при этом речь идет о дислокациях M. Asif Khan. Appl. Phys. Lett. 81, 604 (2002).

смешанного типа, имеющих вектор Бюргерса (a + c), [11] J.E. Van Nostrand, R.L. Hengehold, K.D. Leedy, J.T. Gant, т. е. 1123. Именно такого рода наклонные дислокации J.L. Brown, Q.-H. Xie. J. Appl. Phys. 86, 3120 (1999).

наблюдаются в наших образцах, но угол между ними [12] Z. Zhong, O. Ambacher, A. Link, V. Holy, J. Stangl, и нормалью значительно больше, чем зафиксированный R.T. Lechner, T. Roch, G. Bauer. Appl. Phys. Lett. 80, в [21–23,25] (60-70 и 15-25 соответственно). Воз- (2002).

[13] Р.Н. Кютт, М.П. Щеглов, В.Ю. Давыдов, А.С. Усиков. ФТТ можно, это связано с тем, что в упомянутых работах 46, 353 (2004).

рассматривается релаксация в одиночных слоях AlGaN, [14] J.E. Ayers. J. Cryst. Growth 135, 71 (1994).

а у нас — в СР, содержащих дополнительные гетерогра[15] М.А. Кривоглаз. Теория рассеяния рентгеновских лучей ницы между отдельными слоями СР.

и тепловых нейтронов реальными кристаллами. Наук.

Следует отметить, что как загибание почти перпендидумка, Киев (1968).

кулярных дислокаций, так и образование наклонных дис[16] V.M. Kaganer, R. Kohler, M. Schmidbauer, R. Opitz, локаций реализуются только путем переползания дислоB. Jenichen. Phys. Rev. B 55, 1793 (1997).

каций из одной плоскости скольжения в другую [23].

[17] C.G. Jiao, D. Cherns. Inst. Phys. Conf. Ser. 169, 327 (2001).

[18] S. Einfeldt, V. Kirchner, M. Dieselberg, H. Heinke, S. Figge, K. Vogeler, D. Hommel. J. Appl. Phys. 88, 7029 (2000).

5. Заключение [19] S. Einfeldt, H. Heinke, V. Kirchner, D. Hommel. J. Appl. Phys.

89, 2160 (2001).

Итак, в результате рентгенодифракционного и элект[20] S. Srinivasan, L. Geng, R. Liu, F.A. Ponce, Y. Narukawa, ронно-микроскопического исследования СР AlGaN/GaN S. Tanaka. Appl. Phys. Lett. 83, 5187 (2003).

показано следующее. [21] P. Cantu, F. Wu, P. Waltereit, S. Keller, A.E. Romanov, S.P. DenBaars, U.K. Mishra, J.S. Speck. Appl. Phys. Lett. 83, 1) СР с содержанием Al x < 0.3 имеют дислокацион974 (2003).

ную структуру, характерную для эпитаксиальных слоев [22] A.E. Romanov, J.S. Speck. Appl. Phys. Lett. 83, 2569 (2003).

A3-нитридов: преобладают прорастающие прямолиней[23] D.M. Follstaedt, S.R. Lee, P. Provencio, A.A. Allerman, ные дислокации краевого и винтового типов.

J.A. Floro, M.H. Crawford. Appl. Phys. Lett. 87, 121 2) Основное отличие от одиночных слоев состоит в (2005).

загибании почти перпендикулярных поверхности дис[24] J.A. Floro, D.M. Follstaedt, P. Provencio, S.J. Hearne, S.R. Lee.

локаций на гетерограницах между субслоями СР и J. Appl. Phys. 96, 7087 (2004).

появлении наклонных дислокаций, прорастающих сквозь [25] J.-M. Bethoux, P. Vennegues. J. Appl. Phys. 97, 123 СР под малыми углами к поверхности, что обусловлено (2005).

релаксацией упругих напряжений между буферным слоем и слоями СР.

3) С увеличением концентрации Al в слоях СР распределение дислокаций становится более хаотичным и их плотность увеличивается.

Список литературы [1] T. Lei, K.F. Kudwig, jr., T.D. Moustakas. J. Appl. Phys. 74, 4430 (1993).

[2] B. Heying, X.H. Wu, S. Keller, Y. Li, D. Kaponek, B.P. Keller, S.P. DenBaars, J.S. Speck. Appl. Phys. Lett. 68, 643 (1996).

[3] T. Metzger, R. Hopler, E. Born, O. Ambacher, M. Stutzmann, R. Stommer, M. Schuster, H. Gobel, S. Christiansen, M. Albrecht, H.P. Strunk. Phil. Mag. A 77, 1013 (1998).

[4] Р.Н. Кютт, В.В. Ратников, Г.Н. Мосина, М.М. Щеглов. ФТТ 41, 30 (1999).

[5] V.V. Ratnikov, R.N. Kyutt, T.V. Shubina, T. Pashkova, B. Monemar. J. Phys. D: Appl. Phys. 34, A30 (2001).

[6] H. Heinke, V. Kirchner, H. Selke, R. Chierchia, R. Ebel, S. Einfeldt, D. Hommel. J. Phys. D: Appl. Phys. 34, A(2001).

Pages:     | 1 ||



© 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.