WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 1 Особенности структурного взаимодействия в гетероструктурах (AlGaIn)N / GaN как дислокационных фильтрах ¶ © И.П. Сошников, Н.Н. Леденцов, А.Ф. Цацульников, А.В. Сахаров, В.В. Лундин, Е. Заварин, А.В. Фомин, D. Litvinov, E. Hahn, D. Gerthsen Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия Университет Карлсруэ, Карлсруэ, Германия (Получена 1 июня 2004 г. Принята к печати 16 июня 2004 г.) Проведены исследования структурных взаимодействий прорастающих дислокаций и слоев AlGaN и InGaN в гетероструктурах на основе GaN. Показано, что наиболее эффективная фильтрация дислокаций наблюдается на слоях InGaN промежуточного состава. Оценки структурных напряжений, создаваемых дислокациями и нанодоменами, показывают хорошее согласие теории и эксперимента.

1. Введение 2. Эксперимент Гетероструктуры на основе GaN являются базой для Эксперименты по выращиванию проводились на устаоптоэлектроники в сине-зеленой и ультрафиолетовой новке AIXTRON AIX 2000 / HT. В качестве подложек областях спектра [1–5]. Однако развитие технологии использовались стандартные полированные пластины таких приборов сдерживается вследствие проблемы высапфира. Общая ростовая схема гетероструктур привесокой плотности прорастающих дислокаций в структудена на рис. 1 и включает слои GaN, основного дисрах [4–6], так как такие дислокации являются сильным локационного фильтра и двух слоев Al0.18Ga0.82N/ GaN каналом безызлучательной рекомбинации электронно– (8 / 300 нм). Выращенная серия гетероструктур включает дырочных пар.

различные комбинации слоев (AlGaIn)N, в том числе В литературе представлены исследования нескольких отдельные (разделенные) слои AlGaN и InGaN различтипов фильтров прорастающих дислокаций, в частно- ного состава. Отметим, что в серии применялись слои сти, латерального эпитаксиального заращивания [6,7] InGaN и AlGaN с градиентным составом, выращенные (LEO — lateral epitaxial overgrowth), сверхрешеток при пониженной температуре и с прерыванием роста.

AlGaN / GaN [8,9]. Однако дислокационные фильтры на Кроме того, проверялась техника заращивания слоя основе сверхрешеток AlGaN / GaN являются слабыми InGaN слоем GaN с низкой скоростью, что обеспечии плохо ограничивают рост проникающих дислокаций, вает возможность эффективной миграции адатомов по что, по-видимому, связано с протяженностью (размыто- поверхности. Отметим, что интегральное содержание стью) гетерограниц при выращивании методом MOCVD.

индия в слоях выдерживалось примерно равное.

Техника дислокационных фильтров (ДФ) на основе LEOСтруктурная характеризация образцов проводилась структур также встречает проблемы при выращивании, методами просвечивающей электронной микроскопии на в частности необходимость остановки роста и формиромикроскопе CM200FEG (Philips). Подготовка образцов вания промежуточных слоев в другой камере. Amano и для ПЭМ исследований осуществлялась по стандартной Akasaki [6] проводили исследования влияния температуметодике с использованием на финишной стадии травры роста GaN на формирование дислокаций и показали, ления ионами Ar+ с энергией 4 кэВ. Обработка полученчто такие фильтры могут приводить к аннигиляции некоторой части дислокаций при их высокой плотности.

В то же время на примере гетероструктур на основе GaAs и Si с нановключениями InGaAs и SiGe [10,11] соответственно известно, что дислокационные фильтры на основе слоев с нановключениями материала с сильным различием параметров решетки могут давать хорошие результаты. Однако формирование дислокационных фильтров на базе гетероструктур со слоями InGaN и (или) комбинации с ДФ на основе AlGaNслоев и сверхрешеток пока изучены слабо. Поэтому в представленной работе проводится исследование структурного взаимодействия прорастающих дислокаций с различными комбинациями слоев в гетероструктурах (AlGaIn)N / GaN, выращенных методом MOCVD.

¶ E-mail: Ipsosh@beam.ioffe.ru Рис. 1. Обобщенная схема выращенных гетероструктур.

Особенности структурного взаимодействия в гетероструктурах (AlGaIn)N / GaN... Рис. 2. Темнопольное (a) и высокоразрешающее (b) электронно-микроскопические изображения поперечного сечения (1120) образца с AlGaN-слоями в GaN-матрице.

ных изображений проводилась с помощью программного жений основной решетки и нановключения приведены комплекса DiAnaTEM [12]. на вставках рис. 2. Сопоставление полученных фурьеобразов показывает, что нановключения имеют кубическую структуру сфалеритного типа.

3. Результаты и обсуждение Исследование гетероструктур со слоями InGaN, имеющими различные толщины и состав, показывают, что Проведенные исследования показывают, что в образнаиболее эффективный дислокационный фильтр полуцах, содержащих слои (AlGa)N, наблюдается развитие чается при осаждении слоя InGaN „низкого“ состапрорастающих дислокаций через эти слои (рис. 1).

ва (около x 0.10) (рис. 3). При этом наблюдается Кроме того, в слоях (AlGa)N обнаружено образоваформирование нанодоменов InGaN на верхней границе ние нановключений с характерными размерами порядпрорастающих дислокаций.

ка 10 нм. Фурье-образы от высокоразрешающих изобраУвеличение содержания индия в слое до x 0.2-0.приводит к обратному эффекту: образуются нанодомены с сильным обогащением по индию и большими размерами. Такие нанодомены могут провоцировать образование новых дефектов.

Структурные напряжения, создаваемые прорастающими дислокациями, оцениваются по формуле [13,14] 2G(1 + ) h eff = S - ln + 1 - b Gb(1 - cos2 ) cos, 4h(1 - ) где G —модуль сдвига, b — вектор Бюргерса дислокации, — упругая деформация, S — фактор Шмидта (S = cos · cos ), h — длина дислокации, — угол между вектором Бюргерса и линией дислокации, — угол между плоскостью скольжения и нормалью к границе раздела, — угол между вектором Бюргерса дислокации и лежащим в плоскости границы раздела перпендикуляролм к пересечению плоскости скольжеРис. 3. (2200) темнопольное электронно-микроскопическое ния дислокации и границы раздела, — параметр ядра изображение поперечного сечения в плоскости (1120) образца со слоем InGaN с содержанием индия x 0.1. дислокации, — коэффициент Пуассона.

8 Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып. 114 И.П. Сошников, Н.Н. Леденцов, А.Ф. Цацульников, А.В. Сахаров, В.В. Лундин, Е. Заварин...

Оценка структурных напряжений, создаваемых на- [10] E. Bellet-Amalric, C. Adelmann, E. Sarigiannidou, J.L. Rouvire, G. Feuillet, E. Monroy, B. Daudin. J. Appl. Phys., 95, новключениями InGaN, может быть сделана в рамках 1127 (2004).

представлений Трейси и Гибсона [15,16]. Сопоставление [11] Ю.Б. Болховитянов, О.П. Пчеляков, Л.В. Соколов, оценок структурных напряжений от дислокаций и наноС.И. Чикичев. ФТП, 37 (5), 513 (2003).

включений показывает, что эти величины сравниваются [12] И.П. Сошников, О.М. Горбенко, А.О. Голубок, Н.Н. Леденпри некотором промежуточном значении содержания In.

цов. ФТП, 35 (3), 361 (2001).

При превышении содержания In структурные напря[13] J.W. Matthews, A.E. Blackeslee. J. Cryst. Growth, 27, жения, создаваемые нанодоменами InGaN, превышают (1974).

величину структурных напряжений от дислокаций. След[14] D.C. Houghton. J. Appl. Phys., 70, 2136 (1991).

ствием этого является образование новых дислокаций.

[15] M.M.J. Treacy, J.M. Gibson. J. Vac. Sci. Technol., B4, (1986).

[16] D. Gerthsen, E. Hahn, B. Neubauer, V. Potin, A. Rosenauer, 4. Заключение M. Schowalter. Phys. Status Solidi C, 0 (6), 1668 (2003).

Таким образом, в работе проведены исследования Редактор Л.В. Беляков структурных взаимодействий прорастающих дислокаций и слоев AlGaN и InGaN в гетероструктурах на осноParticulars of a structural interaction ве GaN.

in the (AlGaIn)N / GaN heterostructure Продемонстрировано образование в слоях AlGaN наdislocation filteres новключений кубической фазы с характрными размерами порядка 10 нм. Гетероструктуры AlGaN / GaN демонI.P. Soshnikov, N.N. Ledentsov, A.F. Tsatsul’nikov, стрируют низкую эффективность как дислокационные A.V. Sakharov, W.V. Lundin, E.A. Zavarin, A.V. Fomin, фильтры.

D. Litvinov, E. Hahn, D. Gerthsen Показано, что наиболее эффективная фильтрация дисIoffe Physicotechnical Institute, локаций наблюдается на слоях InGaN с содержанием Russian Academy of Sciences индия порядка 10%. Повышение эффективного содержа194021 St. Petersburg, Russia ния индия в слоях InGaN приводит к генерации новых University of Karlsruhe, Germany дислокаций.

Сопоставление структурных напряжений, создаваемых прорастающими дислокациями и слоями InGaN, по-

Abstract

The work is devoted to an investigation of structural interactions between transparence dislocations and AlGaN (or казыает, что наибольшая эффективность ДФ достигается InGaN) layers in III–N heterostructures. It has been demonstrated при согласовании указанных величин.

that InGaN layers having an intermediate composition serve as the Работа выполнена при поддержке Российского фонда most effective dislocation filters. Estimations of structural stresses фундаментальных исследований и программы научного generated by dislocations and nanodomains show good agreement сотрудничества ФТИ-ITRI.

between the theory and experiment.

Список литературы [1] S. Nakamura, G. Fasol, S.J. Pearton. The Blue Laser Diode, Springer, 2000.

[2] S. Nakamura. Proc. SPIE (18th Congr. Int. Commission for Optics, July 1999), 3749, 2 (1999).

[3] I.L. Krestnikov, N.N. Ledentsov, A. Hoffmann, D. Bimberg, A.V. Sakharov, W.V. Lundin, A.F. Tsatsul’nikov, A.S. Usikov, Zh.I. Alferov, Yu.G. Musikhin, D. Gerthsen. Phys. Rev. B, 66, 155 310 (2002).

[4] X. Hu, J. Deng, N. Pala, R. Gaska, M.S. Shur, C.Q. Chen, J. Yang, G. Simin, M.A. Khan, J.C. Rojo, L.J. Schowalter.

Appl. Phys. Lett., 82, 1299 (2003).

[5] M.S. Shur, A.D. Bykhovski, R. Gaska, M.A. Khan, J.W. Yang.

Appl. Phys. Lett., 76, 3298 (2000).

[6] H. Amano, I. Akasaki. Opt. Mater., 19, 219 (2001).

[7] H. Marchand, X.H. Wu, J.P. Ibbetson, P.T. Fini, P. Kozodoy, S. Keller, J.S. Speck, S.P. DenBaars, U.K. Mishra. Appl. Phys.

Lett., 73, 747 (1998).

[8] D. Huang, M.A. Reshchikov, F. Yun, T. King, A.A. Baski, H. Morko. Appl. Phys. Lett., 80, 216 (2002).

[9] M.D. Craven, S.H. Lim, F. Wu, J.S. Speck, S.P. DenBaars.

Appl. Phys. Lett., 81, 1201 (2002).

Физика и техника полупроводников, 2005, том 39, вып.




© 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.