Принципы построения и свойства гетероструктур на основе соединений III-N, полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

На правах рукописи

Петров Станислав № оревич

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И СВОЙСТВА ГЕТЕРОСТРУКТУР НА ОСНОВЕ СОЕДИНЕНИЙ Ш-Ы, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВОЙ ЭПИТАКСИИ

Специальность 01 04 10 - Физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург - 2007

003065683

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет"

Научный руководитель

доктор физико-математических наук, профессор Сидоров Валерий I еоргиевич Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук, профессор Ковалев Алексей Николаевич доктор физико-математических наук, профессор Кораблев Вадим Васильевич

Ведущая организация - Физико-технический институт им А Ф Иоффе РАН

Защита состоится « 04 » октября 2007 года в 16 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212 229 01 при ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" по адресу

195251, г Санкт-Петербург, ул Политехническая, 29, II уч корпус, ауд 470

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет'

Автореферат разослан « 3 » сентября 2007 г

Ученый секретарь

диссертационного совета

Коротков А С

Общая характеристика работы.

Актуальность темы В девяностых годах прошлого столетия произошел стремительный прогресс в технологии выращивания Ш-N материалов, что открыло перспективы для создания разнообразных приборов на их основе В настоящее время нитриды являются основой для создания эффективных коротковолновых свегодиодов, лазеров и фотодиодов, а также мощных СВЧ - транзисторов Несмотря на приборные достижения в этой области, в технологии нитридов до сих пор остаются «узкие места», требующие ее постоянного развития Отсутствие дешевых подложек из нитридов металлов третьей группы приводит к необходимости выращивать данные материалы на подложках, рассогласованных по параметрам кристаллической решетки и коэффициентам термического расширения Гетероэпитаксия нитридов на инородных подложках, несмотря на применение специальных процедур на начальных стадиях роста, приводит к достаточно высокой плотности дислокаций в растущем слое Основными методами выращивания приборных Ш-N гетероструктур являются газофазная эпитаксия из металлорх анических соединений (МОГФЭ, metal organic chemical vapor deposition -MOCVD) и молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ. molecular beam epitaxy - МВЕ) Метод хлорид-гидридной гаюфазнои энитаксии (HVPE) пока не может быть использован для выращивания сложных гетероструктур из-за высокой скорости роста Метод МЛЭ обладает рядом достоинств по сравнению с МОГФЭ, а именно, позволяет осуществлять in-situ диагностику роста при помощи отражательной дифракции быстрых электронов (ОДБЭ, RHEED), получать более резкие гетерограницы, обеспечивает более высокую чистоту камеры роста и возможность совмещения с другими вакуумными ростовыми и исследовательскими камерами и прочее Это делает МЛЭ перспективным методом для прикладных приложений, в особенности при создании гетероструктур для мощных полевых СВЧ-транзисгоров Тем не менее, метод МЛЭ имеет один существенный недостаток по сравнению с МОГФЭ Плотность дислокаций в слоях, полученных этим методом на 1-2 порядка выше, что связано с меньшей ¡емнерагурой роста В методе МЛЭ условие сохранения высокого вакуума не позволяет увеличить отношение поюков элементов V/1II до значений, сравнимых с МОГФЭ. поэтому увеличение температуры роста ограничено разчожением материала С этой точки зрения МЛЭ с использованием аммиака в качестве источника азота является более привлекательной в сравнении с плазменной МЛЭ, поскольку позволяет задать более высокие отношения V/ÍII и более высокие температуры роста

В России метод МЛЭ для выращивания нитридов используют лишь две научные группы, кроме группы, в которой работает автор в ФТИ им А Ф Иоффе, Санкт-Петербург (МЛЭ с плазменным источником азота) и в ИФП СО РАН, Новосибирск (МЛЭ с использованием аммиака) В этих группах выращены слои и гетероструктуры GaN, InGaN, AÍGaN GaN/InGaN, GaN/AlGaN (ФТИ), GaN, GaN/AlGaN (ИФП) Сообщения о получении гетероструктур GaN/InGaN методом аммиачной МЛЭ, а также

транзисторных гетероструктур с двойным электронным ограничением АЮаЫ/ОаЫ/АЮаМ любым методом в России к началу данной работы ошутствовшш Основной целью работы являлась разработка принципов построения ¡-егерослруктур в системе Ш-Н на сапфировых подложках, обеспечивающих улучшение приборных свойств, и их экснеримешальная реализация «у.'ем выращивания методом аммиачной

млэ

Достижение поставленной цела требовало решения ряда основных задач

1 Исследование особенностей кинетики рос 1а слоев GaN при рекордно высоких для МЛЭ температурах подложки и потоках аммиака и их влияния на свойства гетероструктур ОаН/АЮаК

2 Исследование влияния условий роста слоев 1пОаМ на свойства 1егероструктур ОаЫДпОаК для светоизяучающих приборов

3 Разработка и оптимизация конструкции и условий получения структур с двойным электронным ограничением в системе ОаМ-АВКт для мощных полевых транзисторов

В результате проведенных, иссяедований установлен ряд ранее неизвестных особенностей эпитаксиального роста и свойств эпитаксиальных структур Ш-И Научная новизна работы

1 Исследована зависимость свойств слоев ОаЫ от условий выращивания методом молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием аммиака в качестве источника азота и впервые установлены оптимальные (по подвижности электронов в ОаМ) условия роста при рекордной для данного метода температуре подложки вплоть до 960°С

2. Обнаружено, что увеличение температуры роста до значений, близких к началу заметного термического разложения СтЫ при ноюке аммиака 400 см3/мин приводит к увеличению латеральных размеров микрорельефа поверхности в два раза при незначительном увеличении его вертикальных размеров от 4-6 нм до 68 нм, при этом происходит улучшение структурного совершенства слоя Дальнейшее увеличение температуры приводи! к шачи I сльиому роы> шероховатости поверхности

3 Обнаружено, что выращивание I етерострукгур Оа]М/АЮа>} методом МЛЭ при максимально возможном потоке аммиака и температуре вблизи заметного термического разложения растущего слоя приводит к увеличению подвижности электронов в двумерном электронном газе Увеличение температуры роста от 900°С до 960°С при одновременном увеличении потока аммиака от 30 см3/мин до 400 см3/мин приводит к увеличению подвижности электронов в однопереходных I етероструктурах ОаЫ/АЮаК от 800-900 см2/Вс до 1000-1100 см2/Вс при слоевой концентрации электронов 1,0-1,2 1013 см"2 при комнашой температуре

4 Обнаружено, что поддержание на поверхности GaN слоя металлического индия перед и в ходе роста слоя InGaN позволяет получить резкую гетерограницу GaN/InGaN

5 Обнаружено, что выращивание на начальной стадии роста слоя A1N толщиной более !00 нм при температуре !200°С вмесю гонкого зародышевого слоя AIN, а загем выращивание переходных областей между слоями разно! о состава позволяют улучшить структурное совершенство слоя GaN в многослойной гетеросгруюгуре AIN/AlGaN/GaN При этом происходит увеличение латеральных размеров микрорельефа поверхности в два-три раза при уменьшении его вертикальных размеров до 2-4 нм Такая конструкция позволяет увеличить подвижность электронов в двумерном электронном газе в многослойной i ei ероструктуре AlN/AJGaN/GaN/AlGaN до 1550 см2/Вс при слоевой концентрации электронов 1,0-1,21013 ем"2 при комнатной температуре

6 Впервые исследованы свойства GaN в многослойных гетероструотурах AIN/AlGaN/GaN/AlGaN в зависимости от их конструкции Получены гетероструктуры с двойным электронным ограничением с толщиной слоя GaN 50 Â с подвижностью электронов 1100-1300 см2/Вс при слоевой концентрации электронов 1,5-1 71013 см"2 при комнатной температуре

Практическая ценность работы

Установлены условия роста, позволяющие получать резкие гетерограницы GaN/InGaN, увеличивать подвижность электронов в транзисторных reiероструктурах с двойным электронным ограничением Научные положения, выносимые на защиту

1 Для увеличения поверхпостпой подвижное ги агомов и выращивания структурно совершенных слоев GaN необходимы максимально возможные температуры роста, еще не приводящие к термическому разложению GaN и развитию шероховатости поверхности Таким образом, для выращивания однопереходных гетероструктур GaN/AlGaN с высокой подвижностью электронов методом аммиачной МЛЭ наиболее благоприятным является N-обогащенный режим росга, обеспечивающий приближение к кривой температур термического разложения GaN на фазовой диаграмме со стороны максимальных потоков аммиака

2 Для получения резких гетерограниц GaN/InGaN и увеличения мольной доли индия в "тонких" (<100 нм) слоях InGaN необходимо поддержание на ростовой поверхности "смачивающего" слоя металлического индия

3 Увеличение барьера для электронов в канале со стороны буферного слоя является необходимым условием предотвращения причин СВЧ-"коллапса" тока, связанных с захватом электронов на «глубокие» ловушки Увеличение электронного ограничения при помощи компенсирующего легирования

буферного слоя GaN приводит к возникновению дополнительных ловушек поэтому более эффективными являются двойные гетероструктуры AlGàN/GaN/AlGaN, дополнительное ограничение в которых достигается за счет изгиба зон под влиянием поляризациоппых полей

4 Термодинамические ограничения повышения температуры начального этапа эпитаксии GaN, препятствующие эффективной коалесценции исходных зародышевых блоков, могут быть преодолены путем замены традиционных тонких нуклеационных слоев более толстыми слоями термически устойчивого соединения- A1N Эго способствует кардинальному улучшению кристаллического совершенства нитридных слоев, в частости, подвижность электронов в гетероструктурах AiN/AlGdN/GaN/AlGaN с двумерным электронным газом увеличивается более чем на 50%

5 Максимальное электронное ограничение, необходимое для получения транзисторов, неподверженных "коллапсу" тока, достигается в гетероструктурах с квантово-размерным каналом GaN, что косвенно подтверждается отсутствием петель гистерезиса на ВАХ транзисторов При этом, толщина канального слоя GaN которого должна быть меньше критической толщины релаксации, а профиль состава вблизи квантовой ямы исключать образование в ней паразитной дырочной проводимости, коюрая образуется на нижней гетерогранице AlxGai.4N/GaN при высоких значениях х

Апробация работы Материалы диссертации докладывались на

- I- V Всероссиских конференциях '"Нитриды галлия, индия и алюминия- структуры и приборы" (Москва, Санкт-Петербург, 2001-2007)

- 3-ей, 4-ой, 5-ой и 6-ой Всероссийских молодежных конференциях по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и ианоэлектронике (Санкт-Петербург, 2001-2004)

- Межвузовских научных конференциях (Санкт-Петербург, 2001-2004)

Межд) народном симпозиуме по нитрвдным полупроводникам "1WSN" (Питтсбург, США, 2004)

- 14-м международном симпозиуме "Nanoslructures physics and technology ' (Санкт-Петербург, 2006)

9-ой конференции "GaAs и полупроводниковые соединения îpyrmbi III-V' (îomck, 2006)

Основное содержание диссертации опубликовано в 10 печатных работах

Структура и объем

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и списка цитируемой литерагуры Материал изложен на 114 страницах, включая 75 страниц текста, 39 рисунков и 4 таблицы Список цитируемой литературы содержи! 70 наименований

Содержание работы.

Во введении обосновывается актуальность темы работы, сформулированы ее цель, научная новизна и практическая ценность, представлены научные положения, выносимые на защиту, освещены структура и объем, а также кратко изложено содержание разделов диссертации

Первая глава содержит обзор современной литературы, посвященной материалам III-N Приведены фундаментальные физические свойства GaN, AIN, InN и их твердых растворов, описаны основные методы выращивания указанных материалов Обсуждены проблемы возникающие в связи с отсутствием подложек, совпадающих с GaN по параметрам решетки и коэффициентам термического расширения Дан анализ влияния условий выращивания на свойства эпитаксиальиых слоев GaN, AlGaN и InGaN на сапфировых подложках методами МОГФЭ и МЛЭ Отмечается большая плотность дислокаций в слоях GaN, выращенных методом МЛЭ, что связано с меньшей по сравнению МОГФЭ температурой роста При этом указывается на шнможность увеличения температуры роста при использовании МЛЭ с использованием аммиака в качестве источника азота по сравнению с плазменной МЛЭ

Далее обсуждаются основные приборные приложения материалов III-N На данный момент основной технологией дня массового производства светодиодов является МОГФЭ, то связано с меньшей плотностью дислокаций в получаемых слоях При этом на низкодислокационных "квази-подложках' GaN методом МВЕ были получены конкурентоспособные светодиоды и лазеры, что делает данный метод привлекательным для получения сложных лазерных гетероструктур Также указывается, что сопоставимые результаты по получению мощных и малошуадящих полевых СВЧ-транзисторов достигнуты на гетероструктурах, выращенных как методом МОГФЭ, так и МЛЭ Отмечается, что более эффективной конструкцией для СВЧ-транзисторов может быть двойная гетероструктура AlGaN/GaN/AlGaN Публикации на эту тему немногочисленны, а в России отсутствуют

В конце главы сформулирована развернутая цель работы Во второй главе описаны использованное в работе технологическое оборудование, методики эпитаксиального выращивания и исследования свойств полученных образцов

Эпитаксиальные слои и гетероструктурът в системе III-N выращивались методом молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием аммиака в качестве источника азота на установке STE3N2, разработанной и созданной в ЗАО "Научное и технологическое оборудование ' Уникальными особенностями данной установки являются расширенный диапазон температур подложки и отношений V/Ш В частности, в ростовой камере обеспечивается вакуум не хуже 5 10"3 Па при увеличении температуры подложки до 970°С при потоке аммиака 400 см7мин , что использовано при эпитаксии нитрида галлия В результате дополнительной модернизации диапазон достижимых

температур роста был увеличен до !200°С, что позволило улучшить свойства слоев A1N и многослойных гетероструюур AIN/AlGaN/GaN/AlGaN

В качестве источников мегаллов III группы и Si для легирования использовались стандартные эффузионные ячейки В качестве источника азота использовался инжектор с возможностью подогрева, через который в камеру роста подавался сверхчистый аммиак В работе использованы подложки сапфира (0001) толщиной 0,33 +/-0,05 мм с разориентацией поверхности относительно оси С (0001) +/-0,1 град

Далее представлена методика подготовки установки к росту, позволяющая обеспечить остаточное давление в ростовой камере не хуже 5 10"8Па, и двухсгадийный порядок подготовки сапфировых подложек к росту Описаны методы лазерной интерферомегрии и огражагельной дифракции быстрых электронов для определения скорое ги роста и состояния поверхности слоя в процессе роста В главе также дано краткое описание методов исследования свойоа слоев и структур- рентгеновская дифрактометрия, атомно-силовая микроскопия (АСМ), оже-спектроскопия и измерение подвижности электронов методом Холла

В третьей главе представлены результаты исследования влияния условий роста на структурное совершенство и морфологию поверхности GaN, а также на подвижность электронов в гетеросгруктурах GaN/AJGaN

Из литературы известно, что для выращивания слоев GaN с гладкой морфологией поверхности методом аммиачной МЛЭ необходимо осуществлять рост в режиме N-обогащения (отношение потоков элементов V/III>1) [1] Точка перехода из Ga-обогашенного в N-обогащенныи режим роста зависит от соотношения потоков Ga и аммиака, а также от температуры роста слоя Переход определяли по изменению и стабилизации скорости роста в зависимости от потока аммиака при фиксированном потоке Ga Для предотвращения влияния термическою разложения GaN, точка перехода была определена при температуре подложки 800°С При такой температуре и вакууме яЮ"6 Па, характерном для аммиачной МЛЭ при выключенном потоке NH3, испарение GaN с заметной скоростью не происходит [2] Установлено, что при этой температуре подложки переход происходит при потоке аммиака 10 см'/мин (рис 1а) Начало термического разложения GaN определяете*, потоком аммиака над поверхностью растущего слоя Установлено, что при увеличении потока аммиака от 10 см7мин до 400 см3/мин температура начала заметного термического разложения GaN увеличивается от 900°С до 970°С (рис 16) По сути, уменьшение скорости роста GaN при уменьшении потока аммиака при заданной температуре подложки означает переход в N-обсдненные условия При этом аналогичное уменьшение скорости роста при повышении температуры подложки выше границы заметного термического разложения при заданном потоке аммиака также означает переход в N-обедненные условия Таким образом, зависимость температуры начала заметного термического разложения (рис 16) связана со сдвигом точки перехода в N-обедненный режим (рис

1а).

Л 1,11-О-Т=в0011С-Д-Т=9000С -О— Т=930°С—V— Т=960°С

□ -па-аг&о с—о -оо ¿к '

2

К л л

5 1,0 и

§ 0,9

о. л

и 0,6

О

с.

£ о

II 1

10 100 Поток аммиака, смычек

/Ч--эбога£ценный режим

| ,000^ ^-------г—."" °'0'1 з

"г

о с

900 920 940 960 980 "[подложки. "С

Рис. I. Зависимости 1 -1> скорости роста ■ потока N11? при рн: и ::м. \ температурах подложки и (б) соотношение между температурой начала разложения ОлН и потоком N14- I очки 1- 4 Соответствуют характерный режимам роста.

Исследован0 влияние условий роста на структурное совершенство и морфолот ню поверхности слоев нитрида галлия толщиной 1 мкм, выращенных в июгветствуюших характерных режимах ( точки I. 2, 3 к 4 на рис. 16). Перед ростом на сапфировых подложках пыли проведены отжиг, витридизацяя. пыраншвание зародышевого слоя Л1К1 толщиной 10-20 нм при I емиерачуре 900 С- и его отжиг при I ()00"с в течение 1? минут.

Установлено, что при температуре подложки 900"С изменение потока аммиака в N-обогащенном режиме О! 30 см /мин. (точка 1 на рис, 16) до 400 см'Умин. (точка 2) при скорости роста 1 ч км/час, определяемой потоком С а. не приводи I к чначлтеньному изм#еШ£Ю морфологии поверхности по данным ¿томно-силовой микроскопии При этом происходит увеличение латеральных размеров микрорельефа от 03-0,5 до 0.5-0.7 мкм. при сохранении величины среднеквадратичной шероховатости поверхности (тЫ на уровне около 5 им. Структурной совершенство но данным реп пен опекой дифрактоМетрни не меняется (полуширина кривой качания (00021 при (и-еканнровяпии остается на уровне 700-800 агсаес). Увеличение температуры рост а слоя С1аМ от 900!'С (точка 2) до 960 С (точка 3) при потоке аммиака 400 см"7ыин. приводит уменьшению значения полуширины кривой качапия (0002) от 700-800 агсчес до 500-600 ягеяее. Одновременно происходит рост латеральшр размеров микрорельефа от 0.5-0.7 до 0,8-1 мкм, а нершнны холмов становятся плоскими, значения ггпя при этом увелнчинаготся Ш 4-6 нм до 6-8 нм. 11ри уменьшении потока аммиака при панной температуре роста, либо при повышения температуры роста выше границы термического разложения ОаК при данном потоке аммиака, происходит переход и К-обедненный режим роста (¡очка 4). сопровождающийся развитием шероховатости ионерхности. Таким образом, для выращивания структурно совершенных слоек СЗаЩ наиболее благоприятным ввляегся Ы-обогащемный режим при максимально возможной температуре, не приводящей к

заметному термическому разложению ваК что требует максимально возможных для данной установки потоков аммиака

В гетероструктурах ОаЫ/АЮаК с содержанием А1 30 % в барьерном слое AЮaN толщиной 25 нм выращенных при температуре подложки 900°С и потоке аммиака 30 см3/мин образуется двумерный электронный газ (ДЭГ) с концентрацией электронов 1,01,2 1013 см"2 и подвижностью электронов 800-900 см2/Вс ири комнатной температуре Экспериментально показано, что для выращивания ! ечероструктур СаК/АЮаЫ с высокой подвижностью электронов (до 1100 см2/Вс) наиболее благоприятным также является М-обогащеняый режим роста при максимально возможной температуре, не приводящей к заметному термическому разложению ваЫ и максимальном для данной установки потоке аммиака 960°С при потоке аммиака 400 см3/мин

Четвертая глава посвящена исследованию влияния условий роста твердых растворов 1пОаЫ в гетероструктурах GaN/InGaN на их свойства

Давление пара индия выше, чем у галлия, в го время как термическая устойчивость ¡пМ существенно ниже, чем у ОаК, поэтому обычно ростовые температуры для ¡пОаИ гораздо ниже, чем для СаЫ Кроме того, проведение процесса в высоком вакууме и существенно меньшие, по сравнению с МОГФЭ, значения достижимых отношений УЛИ в МЛЭ приводят к еще более резким ¿емперааурныад ограничениям вхождения индия в ГпСгаК Для увеличения содержания индия необходимо поддерживать достаточно высокие соотношения потоков 1п/Оа Однако увеличение потока индия выше некоторого критического значения при выращивании слоев 1пОаИ может привести к образованию жидких капель индия на ростовой поверхности и срыву роста Поэтому, прежде всего, были определены критические потоки индия, приводящие к каплеобразованию при выращивании слоев М}а1ч на Оа.Ы Установлено, что при повышении температуры подложки происходит увеличение критического потока индия, связанное с увеличивающейся десорбцией индия с поверхности

Однако, выращивание слоев 1пОаТ\г на ОаЫ даже при максимально возможном не приводящем к каплеобразованию потоке индия (90-95 % от критического) приводит к тому, что профиль распределения индия, по данным оже-спектроскопии, в слоях (пОаК растянут Для частичной или полной релаксации напряжений на гетерогранице ОаМ/ТпОаН требуется некоторая критическая толщина слоя 1пСаК (приблизительно 100-150 нм) После этого, вхождение индия увеличивается и достигает предельных значений для данных температуры подложки и потока аммиака Установлено, что для получения резких гетерограниц и увеличения содержания индия в тонких слоях ШОаЫ необходимо наличие на поверхности ОаЫ перед ростом (пСаМ так называемого "смачивающего' слоя металлического индия

Установлено, что при увеличении температуры подложки от 580°С до 630°С концентрация индия в юнких (20 нм) слоях ЬЮаЫ уменьшается от 15% до 11%, а

положение пика краевой люминесценции при 77 К сдвигается от 2,75 до 2,88 -»В, соответственно При этом происходит увеличение интенсивности фотолюминесценции почти на порядок Дальнейшее увеличение темпера 1 у ры роста до 680('С не так критично влияет на увеличение интенсивности фотолюминесценции, но при этом происходит уменьшение содержания индия до 3 %, а положение пика сдвигается до 3,17 эВ В спектре фотолюминесценции слоя 1пОаМ (20 нм), выращенного при 650°С на стандартном слое ОаЫ толщиной 1 мкм, при комнатной температуре доминирует пик с максимумом при 2,9 эВ Таким образом установлены базовые условия роста слоев М}аМ, пригодных для активной области светоизлучающих приборов синеи области спектра

В пятой главе приведены результаты исследования влияния режимов роста и конструкции гетероструктур с двойным электронным ограничением в системе АМ-ОаМ на их свойства

Электрофизические параметры полученных гетероструктур ОаЫ/АЮаМ соответствую! уровню мировых публикации, чш делает возможным создание мощных полевых СБЧ-транзисторов на их основе Одной из основных проблем при создании таких транзисторов является уменьшение тока в режиме генерации большой СВЧ-мощности ("коллапс" 1 ока), который сьязывают с «выбросом» электронов из канала при больших напряжениях затвор-сток и их захваюм на глубокие ловушки как в барьерном слое АЮаГ^, так и в буферном слое СаЫ Для уменьшения влияния на "коллапс' тока поверхностных ловушек барьерного слоя используется пассивация его поверхности, например слоем Однако остается захват электронов на ловушки в буферном слое ОаН и "коллапс' тока не исчезает Для предотвращения причин СВЧ-"коллапса'" тока связанных с захватом электронов на «глубокие» ловушки необходимо увеличение барьера для электронов в канале со стороны буферного слоя Кроме того, поскольку преднамеренно нелегированный нитрид галлия имеет заметную фоновую проводимость п-типа увеличение электронного ограничения необходимо для минимизации тока утечки, увеличения пробивных напряжений, обеспечения межприборной изоляции и полной отсечки транзистора Электронное ограничение може! быть увеличено при помощи компенсирующего легирования буферного слоя ОаК примесями, создающими глубокие иди акцепторные уровни, такими как Ре, С, М§ и др Однако это приводит к возникновению дополнительных ловушек В связи с этим более эффективными являются двойные гетероструктуры АЮаЫ/ОаЫ/ЛЮаН, дополнительное ограничение в которых достигается за счет изгиба зон под влиянием поляризационных полей Такая конструкция имеет и ряд дополнительных преимуществ уменьшение вероятности растрескивания барьерного слоя АЮаМ на толстом буферном слое йа!4), а также возможность двухстороннего или обратного легирования проводящего канала кремнием

Однако, выращивание гетероструктур А1озОа<)7>ШаМ/А1озОао7Н с толщиной

GaN 150 нм при указанных выше режимах приводит к падению подвижности электронов в ДЭГ до значений 600-800 см2/Вс при сохранении концентрации электронов на том же уровне Уменьшение подвижности электронов происходит вследствие снижения совершенства слоя GaN из-за возникновения дополнительных механических нанряжений, вызванных рассогласованием параметров решетки AiGaN и GaN, ч го подтверждают данные рентгеновской дифрактометрни Полуширина кривой качания (0002) для слоя GaN увеличивается до 800-900 arcsec Таким образом, для увеличения подвижности электронов в слое с ДЭГ гетероструктуре AlGaN/GaN/AlGaN необходимо предпринимать специальные меры для улучшения структурных свойств всей гетероструктуры и слоя GaN в частности

Для улучшения структурного совершенства шюя GaN необходимо увеличение температуры подложки, еще не приводящее к термическому разложению GaN Поскольку A1N термически более устойчив по сравнению с GaN, то на начальном этапе процесса предложено выращивать при повышенной температуре "'толстый" слой A1N (более 100 нм) что должно способствовать коалесаенции исходных зародышевых блоков При исследовании ОДБЭ в течение начального этапа роста слоя A1N установлено, что увеличение температуры подложки приводит к более быстрому переходу из трехмерного в двумерный режим Увеличение потока аммиака от 15 см3/мин до 60 см3/мин при выращивании слоя A1N со скоростью роста 0,2 мкм/час приводит к планаризации поверхности, о чем свидетельствуют незатухающие осцилляции сигнала лазерного интерферометра По всей видимости, огрубление поверхности при потоке аммиака менее 60 см7мин связано с тем, что рост происходит в сильно Al-обогащенном режиме Однако, дальнейшее увеличение по i ока аммиака при выращивании слоев A1N приводит к ухудшению поверхностной подвижности атомов Al, и соответственно к ухудшению морфологии поверхности растущего слоя

В итоге, выращивание в оптимальном режиме слоя A1N толщиной 200 нм перед слоем AlGaN позволяет повысить качество всей многослойной гетероструктуры (МГС) и слоя GaN по сравнению со свойствами слоя GaN, выращенного при тех же условиях (температура роста 900°С при потоке аммиака 60 см3/мин ), но на тонких зародышевых слоях A1N Значения rms слоев GaN толщиной 1 мкм уменьшаются до 2-4 нм при одновременном увеличении латеральных размеров микрорельефа до 1-1,5 мкм Полуширина кривой качания (0002) для слоя GaN толщиной 1 мкм уменьшаются до 300-400 arcsec Улучшение кристаллического совершенства всей МГС при увеличении температуры роста слоя A1N подтверждается уменьшением значений полуширин кривых качания рентгеновской дифракции слоев A1N и GaN

Для уменьшения механических напряжений между слоями AIN, Aio3Gao7N и GaN предложено выращивать сверхрешетки (CP) AlN/Alo3Gao?N и AfojGaoTN/GaN Установлено, что использование CP позволяет увеличить подвижность электронов в ДЭГ на верхней гетерогранице GaN/AlGaN по сравнению с использованием в качестве

нереходных областей слоев градиентного состава В МГС AiN/AlGaN/GaN/AlGaN при толщине слоя GaN 150 нм с двумя CP была достигнута подвижность электронов в ДЭГ 1550 см2/Вс при их концентрации 1,0-1 2 1013 см"3 При этом влияние первой CP более критично по сравнению со агорой В МГС только с первой CP подвижность электронов составляет 1100-1300 см2/Вс при такой же концентрации а при использовании только второй CP уменьшается до 800-900 см2/В с при сохранении слоевой концентрации При этом конструкция МГС с использованием только первой CP является более перспективной для создания мощных полевых СВЧ-транзисторов поскольку во второй CP (многопериоднои комбинации тонких слоев Alo зСао jN/GaN) могут образоваться ловушки для электронов, приводящие к "коллапсу" тока Полученные электрофизические параметры гетероструктур с двойным электронным ограничением соответствуют уровню мировых публикаций для "классических" однопереходных гетероструктур GaN/AlGaN

Ключевым аспектом при создании мощных приборов на основе нитридных гетероструктур является электронное ограничение Максимальное электронное ограничение необходимое для получения транзисторов, неподверженных "коллапсу'" i ока, может быть достигнуто в гегероструктурах с квантово-размерным каналом GaN Уменьшение толщины слоя GaN благоприятно также из технологических соображений, так как за счет приближения изолирующего слоя AlGaN к поверхности уменьшается глубина "мезы" для межприборной изоляции, что значительно упрощает процесс нанесения затвора

Уменьшение толщины канала GaN без дополнительных изменений конструкции многослойной гетероструктуры AÍN/AlGaN/GaN/AiGaN должно приводить к уменьшению проводимости по двум основным причинам Во-первых, релаксация механических напряжений в слое GaN при превышении некоторой критической толщины сопровождается формированием дополнительных дефектов, и приближение двумерного электронного газа к этой дефектной области приводит к уменьшению подвижности электронов в канале Во-вюрых, при уменьшении толщины GaN возрастает влияние искривления зонной диаграммы, вызванного поляризационными эффектами При высоких значениях содержания алюминия х в буферном слое AlxGai. XN на нижней гетерогранице AlGaN/GaN может образоваться слой с дырочной проводимостью (аналогично формированию двумерного электронного газа на верхней гетерогранице GaN/AlGaN) [66] Таким образом, для получения гетероструктуры с квантово-размерным каналом GaN, имеющей, электрофизические параметры, сравнимые со структурой с "толстым" слоем GaN, необходимо определить оптимальную конструкцию буферного слоя и найти толщину релаксации GaN для этой конструкции

Для определения содержания алюминия х в буферном слое AlxGai XN на нижней гетерогранице AiGaN/GaN, при котором может образоваться слой с дырочной

проводимостью, было проведено моделирование зонных диаграмм в многослойных гетероструктурах AlN/AlGaN/GaN/AIGaN При анализе использовалось самосогласованное решение уравнений Шредишера и Пуассона В результате моделирования установлено, что слой с дырочной проводимостью образуется при содержании алюминия в буферном слое AixGaj-xN х>0 15

Далее данные моделирования были проверены экспериментально В первую очередь было исследовано влияние толщины слоя GaN на свойства двумерного электронного газа в многослойной гетероструктуре A1N/CP/ Alo3Gao7N/GaN/Alo3Gao7N Уменьшение толщины слоя GaN от 1000 нм до 150 нм не приводит к какому-либо заметному изменению подвижности и концентрации электронов в двумерном электронном газе (рис 2) Дальнейшее уменьшение толщины GaN сопровождается нарастающим ухудшением подвижности, составляющей уже лишь 700-800 см2/Вс при толщине канала 70 нм Вместе с тем концентрация электронов в канале остается неизменной, что указывает на первый из указанных выше механизмов уменьшения проводимости канала.

з ш

5

С

1300 1000 700 400 100

V ov D

□

□

• • V о хл =0 3 UID

• ХЛ =0 2 BD

• V ХЛ =0 1 UID

□ р-тип

10 100 1000 толщина слоя GaN, нм

Рис 2 Зависимость подвижносте* электронов от толщины слоя СаМ в МГС с различным составом х в буферном слое АЦЗа, перед канальным слоем (иГО-нелегированаый, ЕШ-с обратным легированием)

Уменьшение толщины слоя GaN до 20 нм приводит к переходу из п-типа в р-тип проводимости на отдельных образцах Такое изменение свойств связано со значительным влиянием области с дырочной проводимостью, которая образуется на нижней гетерогранице АУЗа^М/С^ при высоких значениях х Концентрация дырок в этой области зависит от состава нижнего слоя ЛЦСа^Ы Уменьшение содержания А! в нижнем слое А1хОа1.хК до х=0,2 (использование многослойных гетероструктур АШ/СР/А1озОао7^градиент/А!о20ао8Ы/ОаШ А10зОа(^ с толщиной слоя ОаМ 20 нм) также приводит к образованию р-типа проводимости Получение п-типа проводимости возможно только при использовании легирования нижнего слоя АЮаМ кремнием (обратное легирование) Однако подвижность электронов при этом снижается до 200300 см2/Вс при их концентрации 0,9-1,11013 см"2 Дальнейшее уменьшение толщины

слоя (ЗаИ до значений 10 над и меньше приводит к снижению концентрации электронов при возрастании их подвижности до 500-700 см2/Вс При х=0,1 в буферном слое область с дырочной нроводимостью на нижнем интерфейсе не образуется При этом качественно зависимость подвижности от толщины слоя ОаН аналогична зависимости для буферного слоя АЬдОаовК Однако в этом случае при уменьшении толщины слоя (¡а!Ч до 5-10 нм подвижность элекгронов становится соизмерима со значением в гстероструиуре с толщиной слоя ОаН 150-1000 нм Такая зависимость подвижности от толщины слоя ОаЫ указывает на то, что критическая толщина релаксации для составов с хДг=0,1-0,2 в нижнем слое находится в предетах 15-20 нм Действительно, при исследовании ОДБЭ в течение роста было установлено, что вначале рост слоя ОаК на буферном слое АЮаЫ происходит в двумерном режиме При превышении критической толщины 15-20 нм для составов А1 10-20% происходит огрубление поверхности (утолщение тяжей на рис 5 12) Это 1акже указывает на то, что толщина релаксации находится в пределах 15-20 нм При этом за счет искривления зонной диаграммы происходит уменьшение концентрации электронов до 0,9-1,1 10° см"2 при толщине слоя йаМ 5 им Концентрация электронов может быть увеличена до 1,5-1,7 1013 см"2 при сохранении подвижности на уровне 1100-1300 см2/Вс путем повышения состава А1 в барьерном слое до 40% Тем не менее, образования трещин, как в случае получения однопереходных I ет ерос груктур ОаМ/АЮаЫ, не происходит С другой стороны, по данным [66] искривление зонной диаграммы позволяет значительно увеличить электронное ограничение даже при использовании в буферном слое перед слоем относительно невысокого состава А1 10 % (рис 3) Увеличение электронного

Рис 3 Рассчитанный профиль дна зоны проводимости а однопереходных гетероструктурах GaN/AI0 ,Ga„ 7N (HFET) и двойных гетероструктурах AUGa^N/OaN/AlojGaojN (DHFET) [3j На основе МГС A1N/CP/A10 3Gao 7К/градиент/А1а iGao9N/GaN/Alo3Gao7N с толщиной слоя GaN 5 и 150 нм созданы тестовые транзисторы, которые продемонстрировали статические параметры мирового уровня гок сток-исток до 1-1,2 А/мм, крутизна 180-200 мС/мм, напряжение пробоя более 50 В, токи утечки менее 100

мкА при напряжении 50 В. Важно отметить, что на вольт-амперной характеристике МГС с толшиной слоя GaN 5 нм нет петель гистерезиса, которые в ряде случаев наблюдаются в МГС с большей толщиной слоя GaN и в "классических" структурах с одним гетеропереходом Это подтверждает правильность выбора гетероструктуры с двойным электронным ограничением для создания мощных полевых СВЧ-транзисторов

В заключении сформулированы основные результаты работы

1. Установлено что для выращивания совершенных слоев GaN и гетероструктур GaN/AlGaN с высокой подвижностью электронов наиболее благоприятным является N-обогащенный режим роста, обеспечивающий приближение к кривой температур термического разложения GaN на фазовой диаграмме со стороны максимальных потоков аммиака. В частности, увеличение температуры подложки до 960°С при потоке аммиака 400 см3/мин на использующейся в работе установке STE3N2 позволило получить гетероструктуры GaN/AlGaN с подвижностью электронов 1000-1! 00 см2/Вс при слоевой концентрации 1 01,2 1013 см"2

2 Показано, что поддержание на поверхности GaN так называемого "смачивающего" слоя индия перед и в ходе роста InGaN позволяет получить резкую гетерограницу GaN/InGaN и увеличить содержание индия в "тонких" слоях InGaN на GaN Установлены базовые условия роста слоев InGaN для активной области светоизлучающих приборов сине-фиолетовой области спектра,

3 Необходимым условием предотвращения причин СВЧ-"коллапса" гока, связаппых с захватом электронов на «глубокие» ловушки, является увеличение барьера для электронов в канале Использование компенсирующего легирования буферного слоя GaN для увеличения электронного ограничения приводит к возникновению дополнительных ловушек. Более эффективными являются двойные гетероструктуры AlGaN/GaN/AlGaN, дополнительное ограничение в которых достигается за счет изгиба зон под влиянием поляризационных полей,

4 Замена традиционных тонких нуклеационных слоев более толстыми слоями термически устойчивого соединения - A1N позволяет преодолеть термодинамические ограничения повышения температуры начального этапа эпитаксии GaN, препятствующие эффективной коалесценпии исходных зародышевых блоков Это приводит к значительному улучшению кристаллического совершенства нитридных слоев и. в частности, позволяет увеличить подвижность электронов в многослойных гетероструктурах (МГС) AIN/AlGaN/GaN/AlGaN с двумерным электронным газом с толщиной GaN 150 нм до 1550 см2/В с при слоевой концентрации 1,0-1,2 1013 см"2

5 Для получения транзисторов, ненодверженных "коллапсу" тока необходимо

максимально увеличить электронное ограничение, что может быть достигнуто в гетероструктурах с квантово-размерным каналом GaN При этом, толщина канального слоя GaN должна быть меньше критическои толщины релаксации, а профиль состава вблизи квантовой ямы исключать образование в ней паразитной дырочной проводимости, которая образуется на нижней гетерогранице ALGai *N/GaN при высоких значениях х В результате оптимизации конструкции получена МГС с толщиной канального слоя GaN 5 нм, подвижность в которой находится на уровне 1100-1300 см2/Вс при слоевой концентрации электронов 1,5-1,710й см2 На основе тких МГС созданы транзисторы со статическими параметрами, сравнимыми с лучшими результатами на основе "классических" однопереходных структур При этом отсутствие петель гистерезиса на ВАХ транзисторов указывает на уменьшение эффекта "коллапса" тока

Список цитированной литературы [lj N Grandjean, M Leroux, J Massies, M Mesrine, M Laugt Molecular beam epitaxy of GaN under N-nch conditions using NH3 Jpn j Appl Phys Pt 1, 1999, v 38, No 2A, p 618-621

[2] N Grandjean J Massies, F Semond S Yu Karpov, R A Talalaev GaN evaporation m molecular-beam epitaxy environment Appi Phys Lett, 1999, v 74, No 13, p 1854-1856

[3] С Q Chen, J P Zhang, V Adivarahan, A Koudymov, H Fatima, G Simin, J Yang. M Asif Khan AiGaN/GaN/AlGaN double heterostructuie for high-power III-N field-effect transistors Appl Phys Let 2003 v 82 p 4593-4595

Основные результаты диссертации опубликованы в работах

1 С И Петров, В Г Сидоров, Д M Красовицкий, И А Соколов Выращивание слоев InGaN молекулярно-лучевой эпигаксией с использованием аммиака и их люминесцентные свойства Тезисы докладов третьей Всероссийской молодежной конференции по физике полупроводников и полупроводниковой опта- и наноэлектронике, Санкт-Петербург, 5-8 декабря 2001, стр 16

2 С И 1 ¡етров А П Кайдаш Д M Красовицкий, И А Соколов, Ю В Погорельский, В П Чалый, A II Шкурко M В CieiiaHOB, M В Павленко, Д А Баранов Гетероструктуры InGaN/GaN, полученные методом молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием аммиака в качестве исючника азота ПЖТФ 2004, гом 30, выпуск 14, с 13-19

3 ДА Баранов, Д M Красовицкий, С И Петров, VI В Павленко, Ю В Погорельский, И А Соколов, M А Соколов, В П Чалый, А В Андрианов. И С Журавлев, В Г Сидоров Управление вхождением индия в слои твердых растворов нитридов третьей группы, выращиваемых аммиачной молекулярно-лучевой эпитаксией Тезисы докладов третьей Всероссийской конференции "Нитриды галлия, ичдия и

алюминия- структуры и приборы', Москва 7-9 июня 2004, стр 25

4 В В Волков, В П Иванова, Ю С Кузьмичев, С А Лермонтов, Ю В Соловьев, Д А Баранов, А П Кайдаш, Д М Красовицкий. М В Павленко, С И Петров, Ю В Погорельский, И А Соколов, М А Соколов, М В Степанов, В П Чалый Полевые транзисторы на основе гетероструктур AlGaN/GaN полученных методом аммиачной молекулярно-лучевой эпитаксии ПЖТФ, 2004, т 30, выл 9, с 63-67

5 СБ Александров, Д А Баранов, А П Кайдаш, Д М Красовицкий, М В Павленко, С И Петров, Ю В Погорельский, И А Соколов, М В Степанов, В П Чалый, Н Б Гладышева, А А Дорофеев, Ю А Матвеев, А А Чернявский СВЧ- полевые транзисторы на основе нитридов III группы ФТП, 2004, том 38, вып 10, с 1275-1279

6 АН Алексеев, С Б Александров, А Э Бырназ, JIЭ Великовский, ИЭ Be таковский, Д М Красовицкий, М В Павленко С И Петров, Ю В Погорельский, И А Соколов, М А Соколов, М В Степанов, А I Ткаченко, А П Щкурко, В П Чалый Многослойные гетероструктуры AIN/AlGaN/GaN/AIGaN для мощных тюлевых транзисторов, полученные аммиачной молекулярно-лучевой эпитаксией ПЖТФ, 2005, том 31, вып 20, стр 19-27

7 SB. Aleksandrov, D A Baranov V Р Chaly, D M Krasovitskv, M V Pavlenko S I Petrov, Yu V Pogorelsky, I A Sokoiov M A Sokolov, L h Veliko\sky, NI Podolskaya, К A Bulashevich S Yu Karpov Field-effect transistors based on AIGaN/GaN/AlGaN double-heterostructures grown by MBE Phys stat sol (c) 2, No 7, 2688-2691 (2005)

8 АН Алексеев, С Б Александров, А Э Бырназ, JIЭ Великовский, И Э Великовскии, А В Веретеха, Д М Красовицкий, М В Павленко, С И Петров, М Ю Погорельский, Ю В Погорельский И А Соколов, М А Соколов М В Степанов, А.Г Ткаченко, А П Шкурко, В П Чалый Многослойные гетероструктуры AIN/AlGaN/GaN/AIGaN с квантовыми ямами для мощных полевых транзисторов, полученные аммиачной молекулярно-лучевой эпитаксией ПЖТФ 2006, том 32, вып 22, стр 6-14

9 S I Petrov, А N Alekseev S В Aleksandrov, А Е Byrnaz, V Р Chaly, D М Krasovitskiy, М V Pavlenko. Yu V Pogorelsky, А Р Shkurko, I A Sokolov, М A Sokolov, М V Stepanov, A G Tkachenko, L E Velikovskiy, I E Velikovskiy, A N Pikhtm Multilayer AIN/AlGaN/GaN/AIGaN heterostructures with quantum well channel for high power microwave field effect transistois Proceedings of 14th International Symposium "Nanostructures Physics and Technology", St-Petersburg, June 26-30 2006, p 246

10 АН Алексеев, АЭ Бырназ, ДМ Красовицкий, MB Павленко, СИ Петров, Ю В Погорельский, И А Соколов, М А Соколов, М В Степанов, А П Шкурко, В П Чалый Особенности кинетики молекулярно-пучковой эпитаксии соединений в системе GaN-AIN ФТП, 2007 том 41, вып 9, стр 1025-1030

Лицензия ЛР №020593 от 07 08 97

Подписано в печать 30 08 2007 Формат 60x84/16 Печать цифровая Уел печ л 1,0 Тираж 100 Заказ 1869Ь

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в Цифровом типографском центре Издательства Политехнического университета 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул , 29 Тел 550-40-14 Тел/факс 297-57-76

Введение.

Глава 1. Выращивание III-N слоев и гетер о структур (обзор).

1.1 Свойства нитридов металлов третьей группы.

1.2 Основные методы получения.

1.3 Подложки для эпитаксиального роста.

1.4 Влияние условий получения на свойства материалов III-N.

1.5 Основные приборные приложения.

Выводы и постановка задачи.

Глава 2. Оборудование и методика эксперимента.

2.1 Установка молекулярно-лучевой эпитаксии нитридов III группы.

2.2 Исходные материалы.

2.3 Подготовка оборудования.

2.4 Средства in situ диагностики ростового процесса.

2.4.1 Система лазерной интерферометрии.

2.4.2 Система дифракции быстрых электронов.

2.5 Калибровка температуры образца.

2.6 Методы исследования свойств образцов.

Глава 3. Исследования влияния условий роста при рекордно высоких для МЛЭ температурах подложки и потоках аммиака на свойства слоев GaN и гетероструктур GaN/AlGaN.

3.1 Определение технологического диапазона отношений V/III и температур подложки при аммиачной МЛЭ GaN на установке STE3N2.

3.2 Исследование влияния условий роста на структурное совершенство и морфологию поверхности слоев GaN, выращенных в соответствующих характерных режимах.

3.3 Выращивание однопереходных гетероструктур GaN/AlGaN.

Выводы.

Глава 4. Исследование влияния условий роста слоев InGaN на свойства гетероструктур GaN/InGaN.

4.1 Определение максимально возможных потоков индия, не приводящих к каплеобразованию.

4.2 Исследование влияния условий роста слоев InGaN при максимально возможном не приводящем к каплеобразованию потоке индия на свойства гетероструктур

GaN/InGaN.

Выводы.

Глава 5. Получение и исследование гетероструктур с двойным электронным ограничением в системе AIN-GaN.

5.1 Выращивание двойных гетероструктур Alo.3Gao.7N/GaN/Alo.3Gao.7N.

5.2 Выращивание многослойных гетероструктур AIN/AlGaN/GaN/AlGaN.

5.3 Получение многослойных гетероструктур AIN/AlGaN/GaN/AlGaN с квантоворазмерной шириной канального слоя GaN.

5.3.1 Моделирование зонных диаграмм в многослойных гетероструктурах AIN/AlGaN/GaN/AIGaN.

5.3.2 Выпащивание многослойных гетероструктур AIN/AlGaN/GaN/AlGaN с квантоворазмерной шириной канального слоя GaN.

Вывод ы.

Благодаря своим уникальным свойствам нитриды металлов третьей группы (III-N) весьма перспективны для создания оптоэлектронных и электронных приборов на их основе. Ширина запрещенной зоны этих прямозонных полупроводников перекрывает весь видимый и значительную часть ультрафиолетового диапазона, а значит на основе этих материалов возможно создание оптоэлектронных приборов, работающих в указанных областях спектра. Высокая термическая и радиационная стойкость, высокие значения пробивных полей, ярко выраженные поляризационные эффекты делают эти материалы привлекательными в высокотемпературной сильноточной электронике и при создании мощных СВЧ-транзисторов. Начиная с семидесятых годов двадцатого века, предпринимались попытки получить эти материалы при помощи различных методов. Однако технологические трудности получения нитридов металлов третьей группы таковы, что долгое время не удавалось получить материал приборного качества. В девяностых годах прошлого столетия произошел стремительный прогресс в технологии выращивания нитридов, что открыло дорогу для создания разнообразных приборов на основе этих материалов.

При выращивании материалов III-N существует ряд проблем, основной из которых является отсутствие дешевых подложек из нитридов металлов третьей группы. Это приводит к необходимости выращивать данные материалы на подложках, в той или иной мере рассогласованных по параметрам кристаллической решетки и коэффициентам термического расширения. Гетероэпитаксия нитридов на подложках из других материалов, несмотря на применение специальных процедур на начальных стадиях роста, приводит к достаточно высокой плотности дислокаций, что усложняет задачу получения приборных гетероструктур. Типичные значения плотности дислокаций в нитриде галлия составляют Ю8-1010 см"2. Основными методами выращивания приборных гетероструктур из нитридов металлов третьей группы являются газофазная эпитаксия из металлорганических соединений (МОГФЭ, metal organic chemical vapor deposition - MOCVD) и молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ, molecular beam epitaxy - МВБ). Метод хлорид-гидридной газофазной эпитаксии (HVPE), при помощи которого были получены первые эпитаксиальные слои GaN пока не используется для выращивания сложных гетероструктур из-за высокой скорости роста (сотни мкм/час). При этом высокая скорость роста позволяет выращивать достаточно толстые (до 100 мкм) слои GaN, плотность дислокаций в которых может быть уменьшена за счет удаления от дефектной границы с подложкой. Такие слои используются в качестве "квазиподложек" для последующего роста при помощи МОГФЭ или МЛЭ приборных гетероструктур. Метод МЛЭ обладает рядом достоинств по сравнению с МОГФЭ, а именно, позволяет осуществлять in-situ диагностику роста при помощи отражательной дифракции быстрых электронов (ОДБЭ, RHEED), получать более резкие гетерограницы, обеспечивает более высокую чистоту камеры роста, возможность совмещения с другими вакуумными ростовыми и исследовательскими камерами. Кроме того, метод МЛЭ характеризуется большей эффективностью использования прекурсоров и меньшими по сравнению с MOCVD требованиями к безопасности при проведении ростового процесса. Это делает МЛЭ перспективным методом для прикладных приложений, в особенности при создании гетероструктур для мощных полевых СВЧ-транзисторов. Тем не менее, метод МЛЭ имеет один существенный недостаток по сравнению с МОГФЭ. Плотность дислокаций в слоях, полученных этим методом на 1-2 порядка выше, что связано с меньшей температурой роста. В методе МЛЭ условие сохранения высокого вакуума не позволяет увеличить отношение потоков элементов V/III до значений, сравнимых с МОГФЭ, поэтому увеличение температуры роста ограничено разложением материала. С этой точки зрения МЛЭ с использованием аммиака в качестве источника азота является более привлекательной в сравнении с плазменной МЛЭ, поскольку позволяет задать более высокие отношения V/III и более высокие температуры роста.

Несмотря на трудности при выращивании материалов III-N, в настоящее время как при помощи МОГФЭ, так и методом МЛЭ получены гетероструктуры приборного качества, что позволило реализовать некоторые приборные приложения. Промышленно производятся синие и зеленые светодиоды, использующиеся в полноцветных системах изображения, светофорах, индикаторных и других приборах. Созданы синие лазеры, использование которых в устройствах хранения информации позволило бы значительно увеличить плотность записи, однако стоимость подобных устройств на данный момент достаточно высока. Как альтернатива ртутным лампам, активно развивается направление по созданию белых источников света с низким энергопотреблением на основе ультрафиолетовых и синих светодиодов, покрытых люминофором. В таких светоизлучающих приборах в активной области находится один или несколько слоев InGaN с различным содержанием индия, которые расположены в обкладках слоев более широкозонных материалов GaN и AlGaN. Гетероструктуры для массового производства светоизлучающих приборов выращиваются в первую очередь методом МОГФЭ. Это обусловлено меньшей по сравнению с МЛЭ плотностью дислокаций в получаемых слоях, которые, являясь центрами безизлучательной рекомбинации, значительно уменьшают внешний квантовый выход. С другой стороны методом МЛЭ были получены светодиоды, выращенные на низкодислокационных "квази-подложках" GaN с внешним квантовым выходом сопоставимым со светодиодами, выращенными при помощи МОГФЭ, сообщалось о получении лазеров аналогичным способом. Это делает данный подход привлекательным для получения сложных лазерных гетероструктур.

Также на основе широкозонных соединений в системе III-N могут создаваться фотоприемники "слепые" к солнечному свету. Такие приборы могут применя ться во многих областях техники. Структуры для подобных приборов могут быть выращены как при помощи МОГФЭ, так и при помощи МЛЭ. Плотность дислокаций не так критична в таких приборах, влияя при этом на соотношение сигнал-шум. Кроме оптоэлектронных приборов, нитриды металлов третьей группы используются для изготовления на их основе мощных и малошумящих полевых СВЧ-транзисторов, которые по совокупности рабочих параметров могут занять исключительное место в ряду аналогичных приборов на основе традиционных полупроводников. Полевые транзисторы на основе материалов III-N демонстрируют в СВЧ-режиме генерацию с плотностью мощности на порядок большей, чем приборы на основе арсенида галлия. Подобные транзисторы могут использоваться во многих устройствах гражданского и военного применения. Наиболее распространенная конструкция транзисторной гетероструктуры состоит из буферного слоя GaN толщиной 1-3 мкм, на котором выращен тонкий (20-30 нм) слой AlGaN. В таких приборах на гетерогранице GaN/AlGaN за счет пьезолегирования образуется двумерный электронный газ (ДЭГ) со слоевой плотностью электронов порядка 1013 cm'2. Подвижность электронов в ДЭГ существенно зависит от степени совершенства слоев гетероструктуры и может при 300К достигать значений около 2000 см /В с, хотя для большинства работ характерны цифры 1000-1500 см /В'с. Гетероструктуры с подобными значениями подвижности получены как методом МОГФЭ, так и при помощи МЛЭ. Однако, поскольку преднамеренно нелегировапный нитрид галлия имеет заметную фоновую проводимость п-типа, необходимо предпринимать специальные меры по уменьшению проводимости буферного слоя GaN для минимизации тока утечки, увеличения пробивных напряжений, обеспечения межприборной изоляции и полной отсечки транзистора.

Токи утечки могут быть минимизированы при помощи компенсирующего легирования буферного слоя GaN примесями, создающими глубокие или акцепторные уровни, такими как Fe, С, Mg и др. Но это дополнительно способствует возникновению эффекта уменьшения тока транзистора при генерации большой СВЧ-мощности ("коллапс тока"), который связывают с захватом электронов на глубокие ловушки как в барьерном слое AlGaN, так и в буферном слое GaN. В связи с этим более эффективной конструкцией для транзистора может быть двойная гетероструктура AlGaN/GaN/AlGaN. Такая конструкция имеет и ряд дополнительных преимуществ: уменьшение вероятности растрескивания барьерного слоя AlGaN на толстом буферном слое GaN, а также возможность двустороннего или обратного легирования проводящего канала. Сообщения о выращивании гетероструктур с двойным электронным ограничением в системе Al-Ga-N пока немногочисленны, однако существует ряд публикаций о создании полевых транзисторов па основе двойных гетероструктур AlGaN/GaN/AlGaN с характеристиками, не уступающими приборам на основе "классических" структур GaN/AlGaN. На сегодняшний день полевые транзисторы на основе гетероструктур в системе I1I-N находятся на стадии разработки и промышленно еще не производятся, хотя работы по созданию таких приборов ведутся во всех ведущих странах мира. Несмотря на достигнутый прогресс в области получения нитридов металлов третьей группы, технология выращивания этих материалов и приборных структур на их основе требует дальнейшего развития, тем более, что оптимальные условия процессов в любых методах роста и конструкции приборных гетероструктур в основном остаются технологическими секретами отдельных ростовых групп и каждой группе приходится решать проблемы, как правило, самостоятельно.

В России метод МЛЭ для выращивания нитридов используют лишь две научные группы, кроме группы, в которой работает автор: в ФТИ им. А.Ф. Иоффе, Санкт-Петербург (МЛЭ с плазменным источником азота) и в ИФП СО РАН, Новосибирск (МЛЭ с использованием аммиака). В этих группах выращены слои и гетероструктуры: GaN, InGaN, AlGaN, GaN/InGaN, GaN/AlGaN (ФТИ), GaN, GaN/AlGaN (ИФП). Сообщения о получении гетероструктур GaN/fnGaN методом аммиачной МЛЭ, а также транзисторных гетероструктур с двойным электронным ограничением AlGaN/GaN/AlGaN любым методом в России к началу данной работы отсутствовали.

Основной целью работы являлась разработка принципов построения гетероструктур в системе III-N на сапфировых подложках, обеспечивающих улучшение приборных свойств, и их экспериментальная реализация путем выращивания методом аммиачной МЛЭ.

Достижение поставленной цели требовало решения ряда основных задач:

1. Исследование особенностей кинетики роста слоев GaN при рекордно высоких для МЛЭ температурах подложки и потоках аммиака и их влияния на свойства гетероструктур GaN/AlGaN.

2. Исследование влияния условий роста слоев InGaN на свойства гетероструктур GaN/InGaN для светоизлучающих приборов.

3. Разработка и оптимизация конструкции и условий получения структур с двойным электронным ограничением в системе GaN-AlN для мощных полевых транзисторов.

В результате проведенных исследований установлен ряд ранее неизвестных особенностей эпитаксиального роста и свойств эпитаксиальных структур III-N. Научная новизна работы.

1. Исследована зависимость свойств слоев GaN от условий выращивания методом молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием аммиака в качестве источника азота и впервые установлены оптимальные (по подвижности электронов в GaN) условия роста при рекордной для данного метода температуре подложки вплоть до 960°С.

2. Обнаружено, что увеличение температуры роста до значений, близких к началу заметного термического разложения GaN при потоке аммиака 400 л см /мин. приводит к увеличению латеральных размеров микрорельефа поверхности в два раза при незначительном увеличении его вертикальных размеров от 4-6 нм до 6-8 нм, при этом происходит улучшение структурного совершенства слоя. Дальнейшее увеличение температуры приводит к значительному росту шероховатости поверхности.

3. Обнаружено, что выращивание гетероструктур GaN/AlGaN методом МЛЭ при максимально возможном потоке аммиака и температуре вблизи заметного термического разложения растущего слоя приводит к увеличению подвижности электронов в двумерном электронном газе. Увеличение температуры роста от 900°С до 960°С при одновременном увеличении потока

3 3 аммиака от 30 см /мин. до 400 см /мин. приводит к увеличению подвижности электронов в однопереходных гетероструктурах GaN/AlGaN от 800-900

О "У см7В с до 1000-1100 см/В с при слоевой концентрации электронов 1,01,2 1013 см"2 при комнатной температуре.

4. Обнаружено, что поддержание па поверхности GaN слоя металлического индия перед и в ходе роста слоя InGaN позволяет получить резкую гетерограницу GaN/InGaN.

5. Обнаружено, что выращивание на начальной стадии роста слоя A1N толщиной более 100 им при температуре 1200°С вместо тонкого зародышевого слоя A1N, а затем выращивание переходных областей между слоями разного состава позволяют улучшить структурное совершенство слоя GaN в многослойной гетероструктуре AIN/AlGaN/GaN. При этом происходит увеличение латеральных размеров микрорельефа поверхности в два-три раза при уменьшении ею вертикальных размеров до 2-4 нм. Такая конструкция позволяет увеличить подвижность электронов в двумерном электронном газе в многослойной гетероструктуре AIN/AlGaN/GaN/AlGaN до 1550 см2/В с при слоевой концентрации электронов 1,0-1,21013 см"2 при комнатной температуре.

6. Впервые исследованы свойства GaN в многослойных гетероструктурах AIN/AlGaN/GaN/AlGaN в зависимости от их конструкции. Получены гетероструктуры с двойным электронным ограничением с толщиной слоя GaN 50 А с подвижностью электронов 1100-1300 см2/Вс при слоевой

1 л концентрации электронов 1,5-1,7'10 см" при комнатной температуре.

Практическая ценность работы.

Установлены условия роста, позволяющие: получать резкие гетерограницы GaN/InGaN; увеличивать подвижность электронов в транзисторных гетероструктурах с двойным электронным ограничением. Научные положения, выносимые на защиту.

1. Для увеличения поверхностной подвижности атомов и выращивания структурно совершенных слоев GaN необходимы максимально возможные температуры роста, еще не приводящие к термическому разложению GaN и развитию шероховатости поверхности. Таким образом, для выращивания однопереходных гетероструктур GaN/AlGaN с высокой подвижностью электронов методом аммиачной МЛЭ наиболее благоприятным является N-обогащенный режим роста, обеспечивающий приближение к кривой температур термического разложения GaN на фазовой диаграмме со стороны максимальных потоков аммиака.

2. Для получения резких гетерограниц GaN/InGaN и увеличения мольной доли индия в "тонких" (<100 нм) слоях InGaN необходимо поддержание на ростовой поверхности "смачивающего" слоя металлического индия.

3. Увеличение барьера для электронов в канале со стороны буферного слоя является необходимым условием предотвращения причин СВЧ-"коллапса" тока, связанных с захватом электронов на «глубокие» ловушки. Увеличение электронного ограничения при помощи компенсирующего легирования буферного слоя GaN приводит к возникновению дополнительных ловушек, поэтому более эффективными являются двойные гетероструктур ы AlGaN/GaN/AlGaN, дополнительное ограничение в которых достигается за счет изгиба зон под влиянием поляризационных полей.

4. Термодинамические ограничения повышения температуры начального этапа эпитаксии GaN, препятствующие эффективной коалесценции исходных зародышевых блоков, могут быть преодолены путем замены традиционных тонких нуклеационных слоев более толстыми слоями термически устойчивого соединения- A1N. Это способствует кардинальному улучшению кристаллического совершенства нитридных слоев, в частности, подвижность электронов в гетероструктурах AIN/AlGaN/GaN/AlGaN с двумерным электронным газом увеличивается более чем на 50%.

5. Максимальное электронное ограничение, необходимое для получения транзисторов, неподверженных "коллапсу" тока, достигается в гетероструктурах с квантово-размерным каналом GaN, что косвенно подтверждается отсутствием нетель гистерезиса на В АХ транзисторов. При этом, толщина канального слоя GaN которого должна быть меньше критической толщины релаксации, а профиль состава вблизи квантовой ямы исключать образование в ней паразитной дырочной проводимости, которая образуется на нижней гетерогранице A]xGaj.xN/GaN при высоких значениях х.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на:

- I- V Всероссиских конференциях "Нитриды галлия, индия и алюминия-структуры и приборы" (Москва, Санкт-Петербург, 2001-2007)

- 3-ей, 4-ой, 5-ой и 6-ой Всероссийских молодежных конференциях по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Санкт-Петербург, 2001-2004)

- Межвузовских научных конференциях (Санкт-Петербург, 2001-2004)

- Международном симпозиуме по нитридным полупроводникам "IWSN"

Питтсбург, США, 2004)

14-м международном симпозиуме "Nanostructures: physics and technology" (Санкт-Петербург, 2006) - 9-ой конференции "GaAs и полупроводниковые соединения группы III-V" (Томск, 2006)

Основное содержание диссертации опубликовано в 10 печатных работах. Структура и объем.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и списка цитируемой литературы. Материал изложен на 114 страницах, включая 75 страниц текста, 39 рисунков и 4 таблицы. Список цитируемой литературы содержит 70 наименований.

Основные результаты работы сводятся к следующему:

1. Установлено, что для выращивания совершенных слоев GaN и гетероструктур GaN/AlGaN с высокой подвижностью электронов наиболее благоприятным является N-обогащенный режим роста, обеспечивающий приближение к кривой температур термического разложения GaN на фазовой диаграмме со стороны максимальных потоков аммиака. В частности, увеличение температуры подложки до 960°С при потоке аммиака 400 о см /мин. на использующейся в работе установке STE3N2 позволило получить гетероструктуры GaN/AlGaN с подвижностью электронов 1000-1100 см2/В с при слоевой концентрации 1,0-1,21013 см"2.

2. Показано, что поддержание на поверхности GaN так называемого "смачивающего" слоя индия перед и в ходе роста InGaN позволяет получить резкую гетерограницу GaN/InGaN и увеличить содержание индия в "тонких" слоях InGaN на GaN. Установлены базовые условия роста слоев InGaN для активной области светоизлучающих приборов сине-фиолетовой области спектра;

3. Необходимым условием предотвращения причин СВЧ-"коллапса" тока, связанных с захватом электронов на «глубокие» ловушки, является увеличение барьера для электронов в канале. Использование компенсирующего легирования буферного слоя GaN для увеличения электронного ограничения приводит к возникновению дополнительных ловушек. Более эффективными являются двойные гетероструктуры AlGaN/GaN/AlGaN, дополнительное ограничение в которых достигается за счет изгиба зон под влиянием поляризационных полей;

4. Замена традиционных тонких нуклеационных слоев более толстыми слоями термически устойчивого соединения - A1N позволяет преодолеть термодинамические ограничения повышения температуры начального этапа эпитаксии GaN, препятствующие эффективной коалесценции исходных зародышевых блоков. Это приводит к значительному улучшению кристаллического совершенства нитридных слоев и, в частности, позволяет увеличить подвижность электронов в многослойных гетероструктурах (МГС) AIN/AlGaN/GaN/AIGaN с двумерным электронным газом с толщиной GaN л IT'}

150нмдо 1550 см /В с при слоевой концентрации 1,0-1,210 см" .

5. Для получения транзисторов, неподверженных "коллапсу" тока необходимо максимально увеличить электронное ограничение, что может быть достигнуто в гетероструктурах с квантово-размерным каналом GaN. При этом, толщина канального слоя GaN должна быть меньше критической толщины релаксации, а профиль состава вблизи квантовой ямы исключать образование в ней паразитной дырочной проводимости, которая образуется на нижней гетерогранице AlxGai.xN/GaN при высоких значениях х. В результате оптимизации конструкции получена МГС с толщиной канального слоя GaN 5 нм, подвижность в которой находится на уровне 1100-1300 см2/В с

13 2 при слоевой концентрации электронов 1,5-1,710 см". На основе таких МГС созданы транзисторы со статическими параметрами, сравнимыми с лучшими результатами на основе "классических" однопереходных структур. При этом отсутствие петель гистерезиса на ВАХ транзисторов указывает на уменьшение эффекта "коллапса" тока.

Заключение

1. О Ambacher. Growth and applications of Group IH-nitrides. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1998, V. 31, pp. 2653-2710

2. J.W.Yang, J.N.Kuznia, Q.C.Chen, M. Asif Khan, T.George, M.DeGraef and S.Mahajan, Temperature-mediated Phase Selection During Growth of GaN on (111)A and (111)B GaAs Substrates, Appl. Phys. Lett., 1995 V. 67, No 25, pp.3759-3761

3. S.N.Mohammad, H.Morkoc. Progress and prospects of group-Ill nitride semiconductors. // Prog. Quant. Electr., 1996, Vol.20, No.5/6, p.361-525

4. I. Grzegory, J. Jun, M. Bokowski, S. Krukowski, M. Wroblewski, B. Lucznik, S. Porowski, I1I-V nitrides: Thermodynamics and crystal growth at high N2 pressure. // J. Phys. Chem. Sol. 1995, V. 56, No 3-4, pp. 639-647

5. Properties of Group III Nitrides. Ed.: J.H. Edgar. INSPEC, the Institution of Electrical Engineers, London, United Kingdom, 1994 ,1-295 p.

6. S. Porowski, Bulk and homoepitaxial GaN-growth and characterization. // Journal of Crystal Growth. 1998, V. 189/190, pp. 153-158

7. N. Grandjean, J. Massies, GaN/GalnN-based light emitting diodes grown by molecular beam epitaxy using NH3. // Journal of Crystal Growth. 1999, V. 201/202, pp.323-326

8. H. Riechert, R. Averbeck, A. Graber, M. Schienle, U. Strauss, H. Tews, MBE growth of (In)GaN for LED applications. // Mat.Res.Soc.Symp.Proc. 1997, V. 449, pp. 149-159.

9. N.Grandjean, M.Leroux, J.Massies, M.Mesrine, M.Laugt. Molecular Beam Epitaxy of GaN under N-rich Conditions using NH3. // Jpn. J. Appl. Phys. Pt.l, 1999, V.38, No. 2A, pp.618-62111. www.tdii.com

10. Takahiro Ito, Kohji Ohtsuka, Kazuhiro Kuwahara, Masatomo Sumiya,Yasushi Takano, Shunro Fuke. Effect of A1N buffer layer deposition conditions on the properties of GaN layer. // Journal of Crystal Growth. 1999, V. 205, pp. 20-24

11. N. Grandjean, J. Massies, Y. Martinez, P. Vennegues, M. Leroux, M. Laugt. GaN epitaxial growth on sapphire (0001): the role of substrate nitridation. // J.Crystal Growth. 1997, V. 178, pp.220-228

12. Ki-Sung Kim, Kyoung-Bo Kim, Seon-Hyo Kim. Nitridation mechanism of sapphire and its influence on the growth and properties of GaN overlayers. // Journal of Crystal Growth. 2001, V. 233, pp. 167-176

13. I. Akasaki, H. Amano, Crystal Growth and Conductivity Control of Group III Nitride Semiconductors and Their Application to Short Wavelength Light Emitter. // Japannese Journal of Applied Physics. Part 1,1997, Vol. 36, No. 9A, pp.5393-5408

14. N.Grandjean, M.Leroux, M.Laugt, J.Massies. Gas source molecular beam epitaxy of wurtzite GaN on sapphire substrates using Gan buffer layers. // Appl.phys.Lett., 1997, v.71, No.2, pp.240-242

15. Markus Kamp, M.Mayer, A.Pelzmann, K.J.Ebeling. Fundamentals, Material Properties and Device Performances in GaN MBE using On-Surface Cracking of Ammonia. // MRS Internet J. Nitride Semicond. Res. 1997, V. 2, p. 26

16. H.Tang, J.B.Webb. Growth of high mobility GaN by ammonia-molecular beam epitaxy. //Appl.Phys.Lett. 1999, V.74, No. 16, pp.2373-2374

17. I. Akasaki, H. Amano. Crystal growth of column-Ill nitride semiconductors and their electrical and optical properties. // J. Cryst.Growth. 1996, V. 163, pp.86-92

18. M.Tabuchi, H.Kyouzu, Y.Takeda, S.Yamaguchi, H.Amano, I.Akasaki. Atomic scale characterization of GalnN/GaN layers grown on sapphire substrates with low-temperature deposited A1N buffer layers. // Journal of Crystal Growth. 2002, V. 237, pp.1133-1138

19. FAPonce, Microstructure of GaN Epitaxy on Sapphire, Proc. of the International Symposium on Blue Laser and Light Emitting Diodes, Chiba University, Japan, March 1996, pp. 225-229

20. J.B.Webb, H.Tang, J.A.Bardwell, Y.Liu, J.Lapointe, T.MacElwee. Growth of GaN/AlGaN HFETs on SiC Substrates with Optimized Electrical Characteristics Using the Ammonia-MBE Technique. // Phys.stat.sol.(a). 2002, V. 194, No.2, pp. 439^142

21. X. Du, Y.Z. Wang, L.L. Cheng, G.Y. Zhang, H. Zhang. Mosaic structure and its influence on carrier mobility in undoped hexagonal GaN thin film // Materials Science and Engineering. 2000, V. B75, pp. 228-231

22. H.Z.Xu, A.Bel, Z.G.Wang, Y.Okada, M.Kawabe, I.Harrison, C.T.Foxon. Competition between band gap and yellow luminescence in undoped GaN grown by MOVPE on sapphire substrate. // Journal of Crystal Growth. 2001, V. 222, pp.96-103

23. Eunsoon Oh, Myungwon Park, Sangkyu Kang, Hakdong Cho, Bongjin Kim, Myungchul Yoo, Hogeon Song, Taeil Kim. Mg concentration dependence of optical properties in GaN:Mg. // Journal of Crystal Growth. 1998, V. 189/190, pp.537-540

24. Kouichi Kushi, Hajime Sasamoto, Daisuke Sugihara, Shinichi Nakamura, Akihiko Kikuchi, Katsumi Kishino. High speed growth of device quality GaN and InGaN by RF-MBE. // Materials Science and Engineering B. 1999, V. 59, pp. 65-68

25. E.Iliopoulos, D.Doppalapudi, H.M.Ng, T.D.Moustakas. Broadening of near-band-gap photoluminescence in n-GaN films. // Appl. Phys. Lett. 1999, V.73, No.3, pp.375377

26. Y.K. Su, S.J. Chang, T.M. Kuan, C.H. Ко, J.B. Webb, W.H. Lan, Y.T. Cherng, S.C. Chen. Nitride-based HFETs with carrier confinement layers. // Materials Science and Engineering B. 2004, V. 110, pp. 172-176

27. S. Vezian, F. Natali, F. Semond, J. Massies. From spiral growth to kinetic roughening in molecular-beam epitaxy of GaN(OOOl). // Physical Review B. 2004, V. 69, p. 125329

28. R. Ebel, M. Fehrer, S. Figge, S. Einfeldt, H. Selke, D. Hommel. Buffer layers for the growth of GaN on sapphire by molecular beam epitaxy. // J.Crystal Growth. 1999, V. 201/202, pp.433-436

29. J.K.Sheu, G.C.Chi. The doping process and dopant characteristics of GaN. // J. Phys.: Condens. Matter. 2002, V. 14 pp. R657-R702

30. Properties of advanced semiconductor materials GaN, AIN, InN, BN, SiC, SiGe. Ed. by Michael E. Levinshtein, Sergey L. Rumyatsev, Michael S. Shur, a wiley-interscience publication, john wiley and sons, inc. 2001

31. R. Y. Korotkov, J. M. Gregie, and B. W. Wessels, Electrical properties of p-type GaN:Mg codoped with oxygen. // Appl. Phys. Lett., 2001, V.78, No.2, pp.222-224

32. N.M.Johnson, W.Gotz, J.Neugebauer, and C.G.Van de Walle, Hydrogen in GaN, // MRS Symp. Proc., V 395, pp. 723-732.

33. J.M.Myoung, K.H.Shim, O.Gluschenkov, C.Kim, K.Kim, S.Kim, S.G. Bishop, Effect of growth temperature on the properties of p-type GaN grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy, // Journal of Crystal Growth. 1997, V. 182, pp.241 -246

34. N. Grandjean, J. Massies, M. Leroux, P. Lorenzini, Ultraviolet GaN light-emitting diodes grown by molecular beam epitaxy using NH3, // Appl.Phys.Lett., 1998, v.12, No.l, pp.82-84

35. H. Katayama-Yoshida, R. Kato, T. Yamamoto. New valence control and spin control method in GaN and AIN by codoping and transition atom doping. // Journal of Crystal Growth. 2001, V. 231, pp. 428-436

36. B.Moran, M.Hansen, M.D.Craven, J.S.Speek, S.P.DenBaars. Growth and characterization of graded AlGaN conducting buffer layers on n' SiC substrates. // Journal of Crystal Growth. 2000, V. 221, pp. 301-304

37. Y.Ohba, R.Sato. Growth of A1N on sapphire substrates by using a thin A1N buffer layer grown two-dimensionally at a very low V/III ratio. // Journal of Crystal Growth. 2000, V. 221, pp.258-261

38. R. Gaska. Migration-enhanced MOCVD advances AlGaN performance. // Compound Semiconductors. 2005, V. 11, pp. 27-28

39. R.D.Dupuis, Epitaxial growth of III-V nitride semiconductors by metalorganic chemical vapor deposition,// J. of Crystal Growth. 1997, V. 178,pp.56-73

40. B.Monemar, G.Pozina. Group Hi-nitride based hetero and quantum structures. // Progress in Quantum Electronics. 2000, V. 24, pp.23 9-290

41. N.Grandjean, J.Massies, M.Leroux, P.De Mierry. Band edge versus deep luminescence of InxGai-xN layers grown by molecular beam epitaxy. // Appl. Phys. Lett. 1998, V. 72, No.24, pp.3190-3192

42. S.Nakamura. III-V nitride based light-emitting devices. // Sol.St.Comm., 1997, V.102, No.2-3, pp.237-248

43. Ch.-R. Lee, J.-Y. Leem, S.K. Noh, S.-J. Son, K.-Y. Leem. Doping behavior of Ino.1Gao.9N codoped with Si and Zn. // J. Crystal Growth. 1999, V. 197, pp.78-83

44. R. Dixon. Who is who in blue and green LED. // Compound Semiconductors. 1999 V. 5 No. 5 pp. 15-20

45. Sh. Nakamura, M. Senoh, Sh. Nagahama, N. Iwasa, T. Matsushita, T. Mukai. Blue InGaN-based laser diodes with an emission wavelength of 450 nm. // Appl. Phys. Lett. 2000, V. 76, No. 1, pp. 3-5

46. N. Grandjean, J. Massies, S. Dalmasso, P. Vennegues, L. Siozade, and L. Hirsch. GalnN/GaN multiple-quantum-well light-emitting diodes grown by molecular beam epitaxy. //Appl. Phys. Lett. 1999, V. 74, pp. 3616-3619

47. R. Gaska, M.S. Shur, A.D. Bykhovski, A.O. Orlov, G.L. Snider. Electron mobility in modulation-doped AlGaN-GaN heterostructures. // Appl. Phys. Lett. 1999. V. 74. pp. 287-289

48. Y.-F. Wu, A. Saxler, M. Moore, R.P. Smith, S. Sheppard, P.M. Chavarkar, T. Wisleder, U. K. Mishra, P. Parikh. 30-W/mm GaN HEMTs by Field Plate Optimization. // IEEE Electron Dev. Lett. 2004. V. 25. pp. 117-119.

49. T. Kikkawa, E. Mitani, K. Joshin, Sh. Yokokawa, Y. Tateno. // An Over 100 W CW Output Power Amplifier Using AIGaN/GaN HEMTs. GaAs MANTECH, New Orleans. 2004. (http://www.gaasmantech.Org/Digests/2004/2004Papers/6.l.pdn

50. A.V. Vertiatchikh, L.F. Eastman, W.J. Schaff, T. Prunty. Effect of surface passivation of AlGaN/GaN heterostructure field-effect transistor. // Electronics Letters. 2002, V. 38, No. 8, p. 388

51. G. Simin, X. Hu, A. Tarakji, J. Zhang, A. Koudymov, S. Saygi, J. Yang, A. Khan, M.S. Shur, R. Gaska. AlGaN/InGaN/GaN Double Heterostructure Field-Effect Transistor. // Jpn. J. Appl. Phys. 2001. V. 40. pp. LI 142-L1144

52. C.Q. Chen, J.P. Zhang, V. Adivarahan, A. Koudymov, H. Fatima, G. Simin, J. Yang, M.A. Khan. AlGaN/GaN/AlGaN double heterostructure for high-power 1II-N field effect transistors. // Appl. Phys. Let. 2003. V. 82. pp. 4593-4595.

53. Y. Cordier, F. Semond, M. Hugues, F. Natali, P. Lorenzini, H. Haas, S. Chenot, M. Laugt, 0. Tottereau, P. Vennegues, J. Massies. AlGaN/GaN/AlGaN DH-HEMTs grown by MBE on Si(l 11).// J. Crystal Growth. 2005. V. 278. P. 393-396.

54. S.Yu.Karpov, R.A.Talalaev, Yu.N.Makarov, N.Grandjean, J.Massies, and B.Damilano. Surface kinetics of GaN evaporation and growth by molecular beam epitaxy. // Surf. Sci. 2000, V. 450, pp. 191-203

55. N.Grandjean, J.Massies, F.Semond, S.Yu.Karpov, R.A.Talalaev. GaN evaporation in molecular-beam epitaxy environment. // Appl.Phys.Lett., 1999, V.74, No. 13, pp. 1854-1856

56. R. Lossy, N. Chaturvedi, P. Heymann, K. Kohler, S. Miiller, and J. Wurfl. AlGaN/GaN HEMTs on Silicon Carbide Substrates for Microwave Power Operation. // Digest of Int. Conf. on Compound Semicond. Manufact. Technol. 2003, 13.2

57. Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

58. Гетероструктуры InGaN/GaN, полученные методом молекулярно-лучевой эпитаксии с использованием аммиака в качестве источника азота. С.И.Петров, А.П.Кайдаш, Д.М.Красовицкий, И.А.Соколов, Ю.В.Погорельский, В.П.Чалый,

59. A.П.Шкурко, М.В.Степанов, М.В.Павленко, Д.А.Баранов. ПЖТФ, 2004, том 30, выпуск 14, с. 13-19

60. B.Г.Сидоров. Тезисы докладов третьей Всероссийской конференции "Нитриды галлия, индия и алюминия- структуры и приборы", Москва 7-9 июня 2004, стр. 25