WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

ма узлов обратной решетки для всех измеренных реПоскольку размеры когерентных областей вносят малый флексов изображена на рис. 4. Для всех измеренных вклад в уширение, то двумя параметрами, определяющи- отражений распределение интенсивности имеет вытянуми ширину рефлекса, являются дилатационная составля- тую в направлении, параллельном поверхности, форму.

ющая exx и ориентационная компонента exy. Поскольку В симметричной брэгговской геометрии это вызвано первая из них получена из измерений в Лауэ-геометрии, большой составляющей разориентации параллельных то после вычитания соответствующего вклада из общей поверхности отражающих плоскостей. Если бы в слоях полуширины определяется средняя величина микрорасуществовали только микроразвороты областей когезориентаций атомных плоскостей вокруг оси c.

рентного рассеяния, то все узлы обратной решетки были Что касается значений размеров областей когерентнобы вытянуты в направлении нормали к вектору H, что и го рассеяния, то они вносят гораздо меньший вклад в наблюдается в большинстве экспериментов для других общую ширину дифракционных пиков, чем компоненты эпитаксиальных систем [12,13] и подтверждается резульмикродисторсии. Поэтому их определение путем испольтатами теоретических расчетов [14]. Форма же, наблюдаемая для исследованных нами пленок GaN, может быть объяснена только в предположении анизотропии, Таблица 2. Значения компонент микродисторсии и размеров как дилатационных, так и ориентационных компонент областей когерентного рассеяния для пленок GaN микродисторсии.

Номер ezz, ezx, exx, exz, exy, z, x, образца 10-4 10-4 10-4 10-4 10-4 nm nm 3. Обсуждение результатов 1 5.1 20.1 12.3 6.3 34.0 640–2300 430–2 5.1 43 29 12.2 - 440–1100 190–1840 Из табл. 2 видно, что анизотропия компонент ми3 1.4 7.5 4.5 3.1 11.5 3440 1860 кродисторсии для параллельных и перпендикулярных 5 7.1 42.3 < 50 < 18 57 2170–35000 780–атомных плоскостей имеет место для всех образцов Физика твердого тела, 1999, том 41, № Структурное совершенство эпитаксиальных слоев GaN по данным рентгеновской дифракции независимо от материала подложки. Только для пленок, выращенных на SiC и имеющих лучшее структурное совершенство (наиболее узкие кривые), эта тенденция проявляется не всегда. Такая анизотропия в компонентах микродисторсии может быть объяснена на основе простых дислокационных моделей. Если мы имеем чисто краевые дислокации, нормальные к гетерогранице, с вектором Бюргерса, параллельным ей, то они должны вносить основной вклад в компоненты exx, и exy и не влиять на компоненты с индексом z. Для перпендикулярных к гетерогранице чисто винтовых дислокаций смещения направлены вдоль z и меняются они по мере удаления от линий дислокаций. Такие дислокации вызывают сдвиговую деформацию с компонентой ezx и искажают только атомные плоскости, параллельные поверхности.

Компонента exz может быть связана с разворотом зерен (блоков), обусловленных дислокационной сеткой на гетерогранице (разумеется, эти микроразвороты вносят такой же вклад и в ezx, но, как видно из табл. 2, он намного меньше чисто сдвиговой компоненты). Величина ezz является наименьшей из всех деформационных параметров, ответственных за уширение дифракционных максимумов. Она может определяться как флуктуациями нестехиометрии состава пленок, так и дислокациями, параллельными гетеорогранице. Кроме того, любые отклонения от идеальной дислокационной структуры, т. е.

искривления линий дислокаций или их возможное зарождение не на гетерогранице, будут вызывать нарушение описанной выше связи между ними и компонентами микродисторсии.

Полученные результаты качественно согласуются с теорией рассеяния рентгеновских лучей в кристаллах с хаотически распределенными дислокациями Кривоглаза [15], по которой для семейства прямолинейных дислокаций распределение интенсивности дифракции вокруг узлов обратной решетки имеет форму дисков, ориентированных перпендикулярно линии дислокаций, а ширина гауссовского распределения в двух других направлениях зависит от произведения (Hb), где b — вектор Бергерса.

Исходя из этого, наблюдаемое нами растяжение дифракционных распределений параллельно поверхности однозначно свидетельствует о том, что дислокационный ансамбль состоит преимущественно из прямолинейных дислокаций, перпендикулярных гетерогранице.

Что касается количественного определения плотности дислокаций из уширений рентгеновских дифракционных линий, то, согласно разным моделям, рассмотренным в теоретических работах [15–17], для хаотически распределенных прямолинейных дислокаций имеет место пропорциональность ширины линии (в q-единицах) величине Hb, где H — длина вектора обратной решетки (для заданного направления H). Однако количественная связь между полушириной и плотностью содержит Рис. 5. Электронно-микроскопические изображения пленеще два дополнительных множителя, связанных с напраки GaN, выращенной на GaAs. a — планарное, b и влением векторов H и b и так называемыми внешним и c — поперечные сечения с вектором дифракции g = 0002 (b) внутренним радиусами, взятыми в качестве пределов при и 1120 (c).

интегрировании по дислокационному ансамблю. В нашей 3 Физика твердого тела, 1999, том 41, № 36 Р.Н. Кютт, В.В. Ратников, Г.Н. Мосина, М.П. Щеглов работе мы имели дело с рефлексами, для которых вектор в геометрии прохождения возможны для пленок, выдифракции был параллелен соответствующему вектору ращенных на слабопоглощающих подложках, какими Бюргерса, так что остается неопределенность только являются сапфир, кремний, карбид кремния. Такой спосо вторым множителем, которая возрастает в связи с соб уже неприменим для структур на GaAs. Здесь тем, что мы имеем дело не с массивными кристаллами, для получения искомых параметров нужно использокоторые рассматривались Кривоглазом и Вилкенсом, а с вать стандартно применяемую при исследовании струкэпитаксиальными слоями небольшой толщины. Поэтому турного совершенства эпитаксиальных систем асиммемы можем только оценить приблизительно плотность тричную брэгговскую дифракцию. Как уже отмечалось дислокаций как величину порядка 2 · 108-109 cm-2 для выше, она не дает столь же однозначных значений лучшего образца (№3) и6·109-3·1010 cm-2 для пленки диформационных параметров. Это связано с тем, что GaAs. Вероятно, эта плотность примерно одинакова число параметров, влияющих на полуширину рефлекдля винтовых и краевых дислокаций, поскольку меньшие са в асимметричной геометрии, вдвое больше, чем значения соответствующей компоненты микродисторсии для симметричных рефлексов, и их строгое разделение во втором случае (табл. 2) вызваны меньшей длиной является намного более сложной задачей, требующей вектора Бюргерса. Корреляция в распределении дислознания функций распределения деформаций в пленке.

каций также вносит свои коррективы в оценку величиОднако для эпитаксиальных пленок нитрида галлия ны. С возможной упорядоченностью одноименных измерение асимметричных брэгговских отражений, как перпендикулярных краевых дислокаций может быть свявидно из табл. 1 и рис. 2, является хорошим эксзано, в частности, большое значение компоненты exy прессным способом выявления анизотропии параметров (табл. 2).

микродисторсии, а следовательно, и оценки плотности Сравнение исследованных образцов по параметрам их краевых и винтовых дислокаций, ответственных за эту дефектной структуры показывает, что наблюдаемые закоанизотропию.

номерности, а следовательно, и дислокационная струкПри использовании разных геометрий измерения слетура одинаковы для разных образцов независимо от дует помнить, что для них эффективно в рассеянии степени структурного совершенства (диапазон полушиучаствуют разные области эпитаксиальной пленки. В рин рефлексов составлял величину больше одного поЛауэ-дифракции — это практически полная толщина рядка). Это свидетельствует, скорее всего, о том, что пленки, в брэгговской геометрии глубина проникновения наличие прорастающих чисто винтовых и чисто краевых излучения определяется фотоэлектрическим поглощенидислокаций является характерной особенностью пленок ем и верхние, более близкие к поверхности слои вносят GaN с гексагональной структурой независимо от способа больший вклад в дифрагированную интенсивность. В выращивания и условий роста.

скользящей дифракции информация собирается только Хотя размеры зерен и определяются из нашего эксс очень тонкого приповерхностного слоя пленки. Все перимента с недостаточной точностью, тем не менее это может иметь существенное значение, когда толщина можно сказать, что для всех образцов поперечные разэпитаксиальной пленки велика (> 5-10 µm) и дефекты меры областей когерентного рассеяния меньше, чем в распределены неравномерно по толщине. Исследованные направлении нормали. Это подтверждает неоднократно в настоящей работе образцы имели толщину слоя GaN наблюдавшееся в пленках GaN столбчатое строение.

порядка 1–2 µm, что меньше глубины поглощения в симЭлектронно-микроскопические наблюдения как пламетричной брэгговской геометрии. Следовательно, как в нарных образцов, так и поперечных срезов в основбрэгговской, так и в лауэвской дифракции участвует вся ном совпадают с результатами рентгенодифракционных толщина эпитаксиальной пленки и проведенный в работе исследований. Электронно-микроскопические изображесравнительный анализ полуширин вполне правомерен, ния, полученные для образца, выращенного на GaAs, даже если дефектная структура меняется по глубине.

показаны на рис. 5, a–c. На планарном снимке (рис. 5, a) И только для скользящей геометрии дифракции следует видны области-зерна, размер которых составляет величиконстатировать, что полученное значение компоненты ну 0.2–0.3 µm, между зернами наблюдаются нормальные exy относится к поверхностному слою (толщиной порядк поверхности дислокации в виде темных и светлых ка 0.1 µm) и может, вообще говоря, не соответствовать точек. Тип прорастающих дислокаций определялся из среднему значению по слою.

поперечных изображений, полученных в разных отражениях. Выявляются винтовые с вектором Бюргерса Таким образом, в работе проведен детальный анализ b = [0001] (рис. 5, b) и чисто краевые с вектором рентгенодифракционных отражений от эпитаксиальных Бюргерса типа b = 1/3[1120] (рис. 5, c). Указанные слоев GaN в разных геометриях измерения, определены типы дислокаций наблюдались в пленках GaN и другими компоненты микродисторсии и размеры областей когеавторами [18,19]. Как отмечено выше, именно такая рентного рассеяния, выявлена асимметрия локальных конфигурация дислокаций должна быть ответственной за полей смещений вокруг дефектов, которая увязана с большие значения компонент ezx и exx.

конфигурацией дислокаций в слоях.

Компоненты микродисторсии, приведенные в табл. 2, определялись нами из симметричных рефлексов с ис- Работа поддержана грантом Российского фонда фундапользованием Лауэ-геометрии. Разумеется, измерения ментальных исследований 96-02-16907a.

Физика твердого тела, 1999, том 41, № Структурное совершенство эпитаксиальных слоев GaN по данным рентгеновской дифракции Список литературы [1] M. Leszczynski, T. Suski, P. Perlin, H. Teisseyre, I. Grzegory, M. Bockowski, J. Jun, S. Porowski, J. Major. J. Phys. D: Appl.

Phys. 28A, A149 (1995).

[2] C. Kim, I.K. Robinson, J. Myoung, K. Shim, M.-C. Yoo, K. Kim. Appl. Phys. Lett. 69, 2358 (1996).

[3] T.D. Moustakas, T. Lei, R.J. Molnar. Physica B185, 36 (1993).

[4] D. Kapolnek, X.H. Wu, B. Hejing, S. Keller, U.K. Mishra, S.P. Den-Baars, J.S. Speck. Appl. Phys. Lett. 67, 1541 (1995).

[5] T. Lei, T.D. Moustakas, K.F. Ludwig Jr. J. Appl. Phys. 74, (1993).

[6] B. Heying, X.H. Wu, S. Keller, Y. Li, D. Kapolnek, B.P. Keller, S.P. Den Baars, J.S. Speek. Appl. Phys. Lett. 68, 643 (1996).

[7] W. Li, P. Bergman, I. Ivanov, Wei-Xin Ni, H. Amano, I. Akasa.

Appl. Phys. Lett. 69, 3390 (1996).

[8] R. Stoommer, T. Metzger, M. Schuster, H. Gobel. Nuovo Cimento 19D, 465 (1997).

[9] Р.Н. Кютт, Л.М. Сорокин, Т.С. Аргунова, С.С. Рувимов.

ФТТ 36, 9, 2700 (1994).

[10] R.N. Kyutt, T.S. Argunova. Nuovo Cimento 19D, 267 (1997).

[11] R.N. Kyutt, T.S. Argunova, S.S. Ruvimov. J. Appl. Cryst. 28, 700 (1995).

[12] W.C. Marra, P. Eisenberger, A.Y. Cho. J. Appl. Phys. 50, (1979).

[13] E. Koppensteiner, A. Schuh, G. Bauer, V. Holy, G.P. Watson, E.A. Fitzgerld. J. Phys. D: Appl. Phys. 28A, A114 (1995).

[14] V.M. Kaganer, R. Kohler, M. Schmidtbauer, R. Opitz, B. Jenichen. Phys. Rev. B55, 1793 (1997).

[15] М.А. Кривоглаз. Теория рассеяния рентгеновских лучей и тепловых нейтронов реальными кристаллами. Наука, М.

(1967).

[16] M. Wilkens. Krist. Techn. 11, 1159 (1976).

[17] К.П. Рябошапка. Завод. лаб. 5, 26 (1981).

[18] W. Qian, M. Skowronski, M. DeGraef, R. Doverspike, D.K. Gaskill. Appl. Phys. Lett. 66, 1252 (1995).

[19] A. Sakai, H. Sunakawa, A. Usui. Appl. Phys. Lett. 71, (1997).

Физика твердого тела, 1999, том 41, №

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.