Введение
1 Теоретический анализ процесса хлорид–гидридной газофазной эпитаксии 11
1.1 Равновесный термодинамический анализ 13
1.1.1 Введение 13
1.1.2 Поиск минимума энергии Гиббса в многокомпонентной системе 13
1.1.2.1 Алгоритм NASA 14
1.1.2.2 Метод последовательного уравновешивания реакций 15
1.1.2.3 Источники данных о термодинамических свойствах веществ . 16
1.2 Анализ основных реакций хлорид–гидридной газофазной эпитаксии 16
1.2.1 Хлорирование галлия 16
1.2.2 Доставка хлоридов галлия при пониженных температурах 19
1.2.3 Осаждение GaN 20
1.2.3.1 Осаждение GaN из GaCl и NH3 20
1.2.3.2 Осаждение GaN из GaCl3 и NH3 21
1.2.4 Стабильность GaN в атмосфере азота и аммиака 25
1.2.5 Осаждение хлорида аммония в выпуске реактора 27
1.3 Очистка ростовой камеры от осадков GaN 28
1.3.1 Выбор оптимальных условий очистки 29
1.4 Химическая стойкость материалов в среде ХГФЭ реактора 31
1.4.1 Оксиды 31
1.4.1.1 Кварц (SiO2) 31
1.4.1.2 Сапфир (Al2O3) 32
1.4.2 Кремний 34
1.4.3 Графит 36
1.4.4 Карбид кремния (SiC) 36
1.4.5 Нитриды 37
1.4.6 Металлы 37
1.4.6.1 Платиновые металлы. 38
1.4.6.2 Молибден и вольфрам 39
1.4.7 Разложение аммиака на материалах 39
1.4.8 Выводы 40
1.5 Термодинамический анализ процесса осаждения 40
1.5.1 Приближение обедненного слоя и условие его применимости 41
1.5.2 Расчет скорости роста в приближении обедненного слоя 42
1.5.2.1 Определения 42
1.5.2.2 Влияние эффективности хлорирования 44
1.5.2.3 Влияние водорода 45
1.5.2.4 Влияние температуры 46
1.5.2.5 Травление GaN 46
1.5.2.6 Выращивание тонких слоев 46
1.5.2.7 Выводы 48
1.6 Моделирование течения газа в ХГФЭ реакторе 48
1.6.1 Конструкция реактора 48
1.6.2 Моделирование 50
1.6.2.1 Характерные величины 50
1.6.2.2 Параметры расчета 52
1.6.2.3 Расчет течения газа при атмосферном давлении 52
1.6.2.4 Подавление свободной конвекции 52
1.7 Выводы 56
2 Выращивание слоев нитрида галлия 58
2.1 Подложка и методы предварительной обработки 58
2.1.1 Обзор 58
2.1.1.1 Очистка подложки GaN in situ 59
2.1.1.2 Обработка подложки сапфира in situ 59
2.1.1.3 Промежуточные слои 59
2.1.2 Эксперимент 60
2.1.2.1 Выращивание на подложке сапфира 60
2.1.2.2 Выращивание на МОГФЭ темплейтах 61
2.1.2.3 Буферный слой GaN 63
2.1.3 Выводы 63
2.2 Наблюдаемые режимы роста 64
2.2.1 Эксперимент 64
2.2.1.1 Двухмерный рост 64
2.2.1.2 Трехмерный рост 64
2.2.1.3 Переход между режимами 66
2.2.1.4 Два режима на одной подложке 68
2.2.1.5 Два режима в одном ростовом процессе 68
2.2.2 Обсуждение и выводы 70
2.2.2.1 Обобщенные экспериментальные данные 70
2.2.2.2 Предлагаемая модель 71
2.3 Ямки роста 72
2.3.1 Введение 72
2.3.1.1 Ямки роста в процессе ХГФЭ 73
2.3.2 Наблюдение ямок роста и подготовка образцов 74
2.3.2.1 Методы наблюдения 74
2.3.2.2 Подготовка образцов 74
2.3.3 Морфология ямок роста 75
2.3.4 Механизмы образования ямок роста 77
2.3.4.1 Трещины 79
2.3.4.2 Посторонние частицы 80
2.3.4.3 Поликристаллические включения 80
2.3.5 Зарастание ямок 83
2.3.5.1 Зарастание без изменения огранки при изменении условий роста 83
2.3.5.2 Спонтанное зарастание 83
2.3.5.3 Эволюция поверхности кристалла с ямкой. Условие зарастания ямок роста 88
2.3.6 Получение слоев с низкой плотностью ямок 89
2.3.7 Выводы 90
2.4 Выводы 90
3 Упругие напряжения и растрескивание в подложке и слое GaN 92
3.1 Механизмы возникновения упругих напряжений 92
3.1.1 Термическое напряжение 93
3.1.1.1 Неоднородный нагрев 93
3.1.1.2 Охлаждение после роста 94
3.1.2 Несоответствие параметров кристаллической решетки 96
3.1.3 Поглощение вакансий дислокациями 97
3.1.4 Ростовое напряжение при эпитаксии GaN 100
3.1.4.1 Ростовое напряжение в процессе МОГФЭ 100
3.1.4.2 Ростовое напряжение в ХГФЭ GaN 101
3.2 Ростовое напряжение в пленках, полученных методом ХГФЭ 102
3.2.1 Трещины в пленках GaN 102
3.2.2 Растрескивание слоя GaN во время роста. 105
3.3 Напряжения и деформация пленок 110
3.3.1 Распределение напряжений в двухслойной структуре 110
3.3.2 Случай больших деформаций. Зависимость деформации от толщины пленки и радиуса подложки 111
3.3.3 Изменение формы при больших деформациях 112
3.4 Ослабление напряжений в пленке 114
3.4.1 Напряжение в пленке, разделенной на механически несвязанные области 114
3.4.2 Численный расчет напряжений и деформации 114
3.4.3 Эксперимент 115
3.4.4 Выводы 116
3.5 Самоотделение 116
3.5.1 Обзор разных методик отделения пленок 116
3.5.2 Оптимизация процесса самопроизвольного отделения 118
3.6 Выводы 119
Заключение 121
Список сокращений 123
Литература
