Введение
1. Обзор литературы 13
1.1. Краткая историческая справка о развитии нитридной полупроводниковой электроники. 15
1.1.1. Ранние исследования. 15
1.1.2. Появление и развитие GaN HEMT. 17
1.1.3. Развитие методов молекулярно-лучевой эпитаксии. 18
1.2. Свойства нитридов, GaN HEMT и их применения. 21
1.2.1. Транзисторы для мощной СВЧ электроники . 21
1.2.2. Объемные свойства нитридов. 25
1.2.3. Структура нитридов и поляризационные эффекты. 27
1.2.4. Свойства тройных растворов. 29
1.2.5. Двумерный электронный газ и устройство GaN HEMT. 30
1.2.6. Связь между характеристиками GaN HEMT, их конструкцией и свойствами нитридов (краткое обобщение). 32
1.3. Получение нитридных гетероструктур для GaN HEMT. 34
1.3.1. Подложки для эпитаксии нитридов. 34
1.3.2. Методы роста. 35
1.3.3. Дефекты морфологии и структуры и их влияние на свойства GaN HEMT. 36
1.3.4. Влияние ростовых параметров на свойства кристаллов. Конструкции гетероструктур для HEMT. 39
1.3.5. Проблемы роста GaN HEMT – структур на подложках сапфира методом аммиачной МЛЭ. 42
1.3.5. Выводы по разделу. 44
1.4. Кинетическое описание роста нитридных пленок. 45
1.4.1. Модель поверхности реальных кристаллов и протекающих на ней элементарных реакций. 46
1.4.2. Температура роста и качество эпитаксиальной пленки. Почему сложно получить эпитаксиальную пленку GaN высокого качества? 47
1.4.3. Особенности кинетики роста нитридных пленок: кинетическая блокада, конгруэнтное испарение, рост в избытке металла или азота, отличия между МЛЭ и MOCVD. 50
1.4.3.3. Металл-обогащенный и азот-обогащенный режимы роста. 50
1.4.4. Эффект сурфактанта, усиление поверхностной подвижности адатомов. 51
1.4.5. Кинетика формирования пленок тройных соединений нитридов. 53
1.4.6. Выводы по разделу. 55
1.5. Выводы из литературного обзора, цель и задачи работы. 56
1.5.1. Выводы из обзора. 56
1.5.2. Цель работы. 57
1.5.3. Задачи работы. 57
Глава 2. Экспериментальные и теоретические методы исследования. 58
2.1. Экспериментальные методы. 58
2.1.1. Общая идеология экспериментальных исследований. 58
2.1.2. Выращивание образцов. 59
2.1.3. In situ методы контроля пленок . 61
2.1.4. Ex situ методы исследования свойств образцов. 64
2.2. Методы теоретического анализа. 67
2.2.1. Элементарные реакции. 67
2.2.3. Модель адсорбционного слоя. 68
2.2.4. Простейшая атомистическая модель поверхности 68
2.2.5. Вероятность элементарных реакций. 69
2.2.6. Метод самосогласованного поля, принципы построения кинетических уравнений. 70
2.2.7. Кинетическая модель роста пленок бинарных соединений A3-B5. 73
Глава 3. Рост AlN на подложках сапфира 76
3.1. Формирование пленок AlN при различных ростовых условиях. 77
3.1.1. Эволюция дифракционной картины RHEED в процессе осаждения AlN при различных параметрах. 77
3.1.2. Исследование рельефа AlN методом АСМ. 79
3.1.2. Просвечивающая электронная микроскопия. 82
3.1.3. Данные рентгеновской дифракции. 83
3.2. Анализ полученных экспериментальных данных. 83
3.2.1. Природа холмиков на поверхности AlN. 83
3.2.2. Интерпретация данных RHEED. 84
3.3. Влияние начальных стадий роста AlN на плотность доменов инвертированной полярности. 86
3.4. Модель формирования зародышевых островков AlN на поверхности сапфира. 89
3.5. Двухстадийный рост AlN на сапфире. 92
3.6. Выводы по главе. 93
Глава 4 Рост пленок AlGaN методом аммиачной МЛЭ в условиях сильной десорбции галлия 95
4.1. Рост высокотемпературных пленок AlGaN в условиях сильной десорбции галлия. 96
4.1.1. Дифракция быстрых электронов и лазерная интерферометрия. 96
4.1.2. Рентгеновская дифракция. 96
4.1.3. Атомно-силовая микроскопия. 97
4.1.4. Просвечивающая электронная микроскопия. 98
4.2. Сопоставление экспериментальных данных для AlN и AlGaN. 100
4.3. Зависимость скорости роста и состава AlGaN от температуры – эксперимент и кинетическая модель. 102
4.3.1. Эксперимент по определению зависимости скорости роста от температуры. 102
4.3.2. Связь между скоростью роста и составом AlGaN при различных температурах роста и одинаковых потоках металлов. 102
4.3.3. Аналитическое описание роста AlGaN на основе кинетического подхода . 104
4.4. Усиление латеральной компоненты роста за счет селективности испарения галлия с различных участков поверхности. 110
4.5. Разделение фаз и эффект сурфактанта в аммиачных методах роста нитридов. 112
4.6. Влияние галлия на рост AlN методом аммиачной МЛЭ при температурах больше 1100С. 117
4.7. Обсуждение результатов главы и выводы. 120
Глава 5. Гетероструктуры с двумерным электронным газом и ТВПЭ на их основе 123
5.1. Формирование гетеростурктур с двумерным газом. 124
5.1.1. Выбор архитектуры. 124
5.1.2. Конструкция образцов и их получение. 124
5.2. Морфология и структура образцов. 126
5.2.1. Морфология поверхности. 126
5.2.2. Эволюция дислокаций в слоях гетероструктур. 128
5.3. Электрофизические измерения. 129
5.3.1. Концентарция и подвижность зарядов в двумерном электронном газе . 129
5.3.2. Токи насыщения и токи объемных утечек. 131
5.3.3. Тестовые транзисторы и их СВЧ параметры. 132
5.4 Влияние ИД. 133
5.4.1. Наследование ИД. 133
5.4.2. Влияние ИД на утечки. 135
5.5. Основные результаты и выводы главы. 135
Заключение 137
Благодарности 139
Список литературы 140
