Исследование свойств полупроводниковых гетероструктур на основе соединений GaP(As,N) на подложках Si и GaP тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.10, кандидат наук Лазаренко Александра Анатольевна

• Лазаренко Александра Анатольевна
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Лазаренко Александра Анатольевна

Введение

1. Глава 1. Литературный обзор

1.1 Источники излучения на основе кремния

1.2 Гибридные АШВУ^ лазеры

1.3 Псевдоморфный подход

1.4 Твердые растворы GaPN

1.4.1 Модель антипересечения зон

1.4.2 Модель сильной связи

1.4.3 Зонная структура и оптические свойства разбавленных нитридов

1.4.4 Электронные свойства разбавленных нитридов

1.4.5 Легирование слоев AШBVN

1.4.6 Проблемы эпитаксиального роста AШBV соединений на кремнии

Заключение к главе

2. Глава 2. Технологические подходы и методы исследования

2.1 Предэпитаксиальная подготовка поверхности кремниевых подложек

2.2 Метод молекулярно-пучковой эпитаксии

2.3 Технологические основы формирования методом молекулярно-пучковой эпитаксии переходного зародышевого слоя фосфида галлия на поверхности кремниевой подложки

2.4 Метод высокоразрешающей рентгеновской дифрактометрии

2.4.1 Метод фотолюминесценции

Заключение к главе

3. Глава 3. Оптические и структурные свойства разбавленных нитридов

3.1 Расчет состава твердых растворов GaP1_xNx

3.2 Влияние параметров эпитаксиального роста на оптические и структурные свойства слоев GaP(As)N

3.2.1 Температура подложки

3.2.2 Мощность ВЧ генератора

3.3 Спектры комбинационного рассеяния

3.4 Низкотемпературная фотолюминесценция

3.5 Квантовые ямы GaPNAs и InGaPN

3.6 Гетерослои GaP(N) на Si (100)

Заключение к главе

4. Глава 4. Светоизлучающие приборы на основе AШBVN

4.1 Легирование слоев GaP/Si

4.2 Конструкция гетероструктуры светоизлучающего диода на основе GaPAsN/Si

4.3 Исследование характеристик светоизлучающего диода на основе

GaPAsN/Si

Заключение к главе

Заключение

Список литературы

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование свойств полупроводниковых гетероструктур на основе соединений GaP(As,N) на подложках Si и GaP»

Актуальность

В настоящее время параметры кремниевых приборов практически достигли своего теоретического предела [1], поэтому пристальное внимание уделяется созданию монолитных оптоэлектронных интегральных схем (МОЭИС) на кремнии, как одному из самых перспективных путей увеличения быстродействия кремниевых приборов и их миниатюризации. Получение МОЭИС непосредственно на основе кремния является чрезвычайно сложной задачей из-за непрямой структуры электронных зон кремния.

В последние десятилетия большой научный интерес представляет интеграция кремния и прямозонных материалов AШBV для создания эффективных светоизлучающих приборов [2-4]. Интеграция прямозонных материалов AШBV и кремния позволит увеличить быстродействие интегральных схем за счет оптической передачи сигнала.

Однако получение монолитных кристаллов на основе AШBV и кремния имеет ряд проблем: сложность получения решёточно-согласованных прямозонных материалов AШBV на кремнии; различие коэффициентов термического расширения (КТР), а также различное число валентных электронов материалов AШBV и кремния [5].

Используя определенные составы соединений AШBV можно получить решеточно-согласованный с кремнием прямозонный материал. В настоящее время одним из возможных путей решения этой проблемы является использование тройных или четверных соединений на основе AШBVN, например, InGaPNи GaP(As)N,с содержанием азота на уровне нескольких процентов (разбавленные нитриды) [6-8].

Известно, что соединения AШBVN обладают нетривиальными свойствами, вызванными высокой электроотрицательностью азота, например, необычной композиционной зависимостью ширины запрещенной зоны твердых растворов AШBV1-xNx, а именно, уменьшением ширины запрещенной зоны твердого

раствора с уменьшением постоянной кристаллической решетки [9]. Также в разбавленных нитридах было обнаружено несколько новыхэффектов, таких, как увеличение эффективной массы электрона при увеличении концентрации азота и изменение природы фундаментальных свойств соединений, например, GaP1-xNx, а именно переход от непрямозонной к прямозонной зонной структуре, уже при концентрациях азота менее одного процента [10].

Очевидно, что уникальные свойства соединений AIIIBVN могут быть использованы для создания приборов оптоэлектроники, таких как светоизлучающие диоды, солнечные элементы, биполярные транзисторы и т.д. [68]. Поэтому изучение структурных, электронных и оптических свойств таких соединений, а также влияние параметров эпитаксиального процесса на них, представляет несомненный научный интерес и является актуальной научной задачей.

Отдельной сложной задачей является разработка конструкции и создание светоизлучающих приборов на основе соединений AШBVN на подложке кремния. Например, как уже было отмечено выше, из-за рассогласования постоянных решеток соединений AШBVN и кремния, на их интерфейсе возможно возникновение большой плотности дефектов. Такие дефекты могут быть губительны для оптических приборов из-за паразитной рекомбинации. Таким образом, требуется разработка оригинального дизайна структуры светоизлучающего прибора, включающей в себя зародышевые и буферные слои.

Более того, синтез соединений AIIIBVN также является сложной задачей из-за неравновесных физических свойств, таких как, большое несоответствие размеров и электроотрицательности атомов азота и других атомов третьей группы [11,12]. Неоднородность состава, возникающая в процессе роста, может также приводить к возникновению дефектов, которые отрицательно влияют на структурные и оптические свойства слоев.

Для получения AIIIBVN соединений с несколькими элементами третьей и/или пятой группы необходимо привлечение высокотехнологичных методов, при

которых рост полупроводниковой пленки происходит с прецизионным контролем состава, уровня легирования и толщины.

Одним из основных методов получения таких сложных полупроводниковых соединений, как разбавленные нитриды, является молекулярно-пучковая эпитаксия (МПЭ), которая позволяет выращивать слои с претензионным контролем в процессе роста в сверхвысоком вакууме с минимальным количеством дефектов в слое.[13,14].

Таким образом, на сегодняшний день разбавленные нитриды являются перспективным материалом для создания оптоэлектронных приборов на кремниевых подложках, но до сих пор существует ряд нерешенных задач, связанных с синтезом этих материалов, исследованием влияния параметров эпитаксиального процесса на свойства соединений AШBVN, а также созданием на основе разбавленных нитридов на подложках кремния светодиодов и изучения их свойств, что обуславливает актуальность темы диссертации.

Основной целью настоящей работы является исследование свойств структур на основе полупроводниковых соединений GaP(As,N) с содержанием азота от 0 до 2%, создание светоизлучающих диодов на основе разбавленных нитридов на подложке Si. Для достижения поставленной цели в ходе работы решались следующие основные задачи:

1. Исследование структурных и оптических свойств соединений GaP1-xNx и GaP1-x-yAsyNx(0<x<2%) на подложках Si и GaP.

2. Исследование структуры электронных зон соединений GaP1-x-yAsyNx(0<x<2%)в рамках модели антипересечения зон.

3. Исследование влияния термического отжига на структурные и оптические свойства слоев GaPN/GaP/Si.

4. Разработка конструкции светоизлучающих диодов на основе материалов GaP(As,N) на подложке кремния.

5. Создание светоизлучающих диодов на основе материалов GaP(As,N) на подложках кремния и исследование их параметров.

Научная новизна:

1. Впервые экспериментально показано, что параметр гибридизации, который используется в модели антипересечения зон, описывающей свойства азотосодержащих твердых растворов GaP1-xNx(0<x<2%), не является постоянной величиной, а экспоненциально зависит от содержания азота в материале.

2. Показано, что добавление мышьяка в твердый раствор GaP1-x-yAsyNxкомпенсирует упругие напряжения в слое эффективнее, по сравнению с добавлением М и созданию InyGa1-yP1-xNx.

3. Показано, что при высоких концентрациях азота^^^У) в слоях GaP1-x-yAsyNx оптические переходы происходят только между зоной Е- и потолком валентной зоны, а при низких концентрациях^^^Уо) еще и между уровнем NN1 и потолком валентной зоны

4. Показано, что применение термического отжига слоев GaPN/GaPна подложках кремния приводит к увеличению интенсивности фотолюминесценции в ~2,6 раз при 300К и в ~40 раз при 78К по сравнению с не отожжёнными слоямибез изменения энергии перехода.

Практическая значимость:

1. Показано, что дополнительное использование дельта-слоев кремния позволяет

18 3 18 3

увеличить концентрацию легирующей примесип-типа с 1^10 см- до 610 см-в слоях GaP на подложках кремния

2. Разработана конструкция и изготовлены светоизлучающие диоды на основе материалов GaP(As,N) на подложке кремния

3. Полученный светодиод демонстрирует электролюминесценцию вплоть до температуры 360К, а также обладает хорошей температурной стабильностью длины волны излучения в диапазоне температур 200-360К.

Объекты и методы исследования:

В диссертации были проведены исследования соединений GaP(As)N и InGaPN, выращенных методом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложках GaP и Si. Также методом молекулярно-пучковой эпитаксии былисинтезированы и исследованы светодиодные р-ьп структуры на основе материалов GaP(As)N на подложках

Для проведения исследований полученных гетероструктур использовались методы высокоразрешающей рентгеновской дифрактометрии,

фотолюминесценции, электролюминесценции, комбинационного рассеяния, сканирующей электронной микроскопии и просвечивающей электронной микроскопии.Кроме того, были получены вольт-амперные характеристики светоизлучающих диодов, а также определялась подвижность и концентрация носителей заряда в легированных слоях GaP методом на основе эффекта Холла. Положения, выносимые на защиту:

1. Параметр гибридизации, который используется в модели антипересечения зон, описывающей свойства азотосодержащих твердых растворов GaP1-^^^^Уо), не является постоянной величиной, а экспоненциально зависит от содержания азота в материале.

2. Добавление мышьяка в твердый раствор GaP1-x-yAsyNxкомпенсирует упругие напряжения в слое эффективнее, по сравнению с добавлением 1п и созданию InyGal-yPl-xNx

3. Отжиг в потоке фосфора слоев GaPN/GaP/Si способствует эффективному подавлению безызлучательной рекомбинации без изменения энергии перехода

4. Светодиод на основе полупроводниковых твердых растворов GaP1-x-yAsyNx/GaP1-xNx, выращенный эпитаксиально на подложке кремния демонстрирует электролюминесценцию с длиной волны 645 нм в диапазоне температур 200-360К.

Достоверность результатов, приведенных в диссертации, подтверждается корректным использованием широкого спектра экспериментальных методов и обоснованием полученных результатов. Основные результаты диссертации опубликованы в 12 научных статьях, они неоднократно обсуждались на различных конференциях и симпозиумах и получили одобрение ведущих специалистов.Научная новизна технических решений подтверждена двумя патентами РФ на изобретение. Личный вклад.

Лично автором выполнялись исследования образцов методами фотолюминесценции, методом высокоразрешающей рентгеновской дифрактометрии, а также измерялись электрофизические параметры (концентрация и подвижность свободных носителей заряда) методом на основе эффекта Холла. Все полученные экспериментальные данные были проанализированы автором с учетом известных литературных данных и сделаны выводы на их основе. Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на национальных и международных конференциях и семинарах:

• 17th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy - ICCGE-17, August 11-16, 2013 Warsaw, Poland

• 14 Всероссийская молодёжная конференция по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике 2012 г. СПб

• Всероссийский конгресс молодых ученых, 2013 г. СПб

• 15 Всероссийская молодёжная конференция по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике 2013 г. СПб

• XVI Всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике, 24-28.11.2014 г., СПб

• International School and Conference «Saint-Petersburg OPEN 2015» SPb, 6-8 April 2015

• XVII Всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике, 23-27 ноября 2015 г., СПб

• International School and Conference «Saint-Petersburg OPEN 2015» SPb, 6-8 April 2015

• International School and Conference «Saint-Petersburg OPEN 2016» SPb, 28-30 March 2016

• 4th International School and Conference «Saint-Petersburg OPEN 2017» SPb, 3-6 April 2017

• 5th International School and Conference 'Saint-Petersburg OPEN 2018' SPb, 2-5 April 2018

• 26st International Symposium NANOSTRUCTURES:PHYSICS AND TECHNOLOGY, Minsk, Belarus, June 18-22, 2018

• 6th International School and Conference 'Saint Petersburg OPEN 2019' on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanobiotechnology, SPb, 22-25 April 2019

Публикации.

Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 14 печатных работах, среди которых 6 научных статей в рецензируемых изданиях, входящих в перечень рекомендованных ВАК РФ, 6 статьи были опубликованы в зарубежных изданиях, индексируемых в базе WoS, 2 патента на изобретение.

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Полый объем диссертации составляет 115 страниц с 60 рисунками и 5 таблицами. Список литературы содержит 97 наименований.

1. Глава 1. Литературный обзор

1.1 Источники излучения на основе кремния

Создание эффективных светоизлучающих устройств на кремнии до сих пор остается нерешенной проблемой. Это связано с тем, что кремний является материалом с непрямой запрещенной зоной, свободные электроны имеют тенденцию к релаксации в Х-долинах зоны проводимости, тогда как свободные дырки находятся в Г-валентной зоне (Рис. 1.1) [15].

Рисунок 1.1 - Энергетическая структура зон объемного кремния и основные

переходы [16]

Таким образом, излучательная рекомбинация между электроном и дыркой может иметь место только в том случае, если третья частица (фонон) задействована в механизме, обеспечивающем сохранение импульса. Низкая эффективность излучения света в кремнии напрямую связана с низкой вероятностью такого трехчастичного события. В то же время, более вероятны

безызлучательные процессы. Поглощение свободных носителей, при котором свободные электроны продвигаются до более высоких уровней зоны проводимости путем поглощения фотонов, является основным механизмом, препятствующим генерации объемного Si [17].

Другим распространенным безызлучательным процессом является оже-рекомбинация, при которой энергия, выделяемая при рекомбинации электрона с дыркой, приобретается другим электроном (или дыркой), который повышается до более высокого энергетического уровня. Таким образом, внутренняя квантовая эффективность, которая определяется отношением между вероятностью излучательной рекомбинации и вероятностью любой рекомбинации, очень мала в объемном кремнии (10-6). Существуют различные подходы, предложенные многими исследовательскими группами в мире, для достижения генерации на кремнии.

С помощью оптимизированного извлечения излучения, Green и др. продемонстрировали светоизлучающий диод на основе объемного Si [18], однако генерация в объемном Si пока не показана. Для усиления излучательной рекомбинации многие исследовательские группы изучали наноструктуры Si[19,20]. Если носители локализованы в небольшой области реального пространства, их волновые функции делокализованы в обратном пространстве. Таким образом, правило отбора в k-пространстве, ответственное за низкий КПД в объемном Si, частично нарушено, было обнаружено оптическое усиление в нанокристаллах Si, внедренных в матрицу SiO2 [21]. Испускаемое излучение имеет красный цвет, но телекоммуникационное окно прозрачности 1,55 мкм может быть достигнуто путем включения редкоземельных ионов Er3+ [20,22.]. Основной проблемой этого подхода является электрическая инжекция через изолятор SiO2. Не смотря на то, что электрическая инжекция может быть улучшена путем варьирования структуры энергетических зон нанокристаллов Si [23], были получены только светодиоды.

Другой подход к достижению генерации излучения в кремнии основан на использовании эффекта вынужденного комбинационного рассеяния [24].

Непрерывная накачка при комнатной температуре была достигнута за счет объединения кольцевого резонатора и р-1-п структуры для ограничения потерь, связанных со свободными носителями и двухфотонным поглощением [25]. К сожалению, для этого подхода необходим лазер накачки, который исключает любое промышленное применение.

1.2 Гибридные АШБУ^ лазеры

Со времен первых демонстраций полупроводникового лазерного диода в 1962 году (Холл и др. для инфракрасной длины волны [26] и Холоняк и др. для видимого диапазона [27]) АШБУ прямозонные соединения, такие как GaAs, 1пР, GaSb или GaN [28,29], используются в большинстве полупроводниковых лазерных диодов.

Интеграция материалов АШБУ на кремниевой пластине является одним из наиболее перспективных подходов к созданию эффективного лазера для интегрированной кремниевой фотоники. Гетероструктуры АШБУ сначала выращивают на своих собственных подложках, а затем процессируют и переносят на кремниевую подложку (рис. 1.2).

Рисунок 1.2 -AIIIBV на кремнии [9]

Перенос полной AIIIBV лазерной структуры на кремниевую подложку впервые продемонстрирован в [30]. Однако для интеграции такого лазера с фотонной интегральной схемой (ФИС), потребовалась бы специальная схема, встроенная в слой кремния, включающая прецизионное выравнивание на субмикронном уровне. Чтобы решить эту проблему, группа Дж. Бауэрса в Санта-Барбаре разработала методику, которая позволяет соединять тонкие пленки AIIIBV с SOI волноводом [31]. Несколько исследовательских групп работали над этим подходом, чтобы оптимизировать процесс склеивания [32], отрегулировать оптическую моду между активной зоной AIIIBV и Si волноводом [33] и улучшить их совместимость [34].

Этот подход рассматривается корпорацией Intel как очень мощное краткосрочное решение для среднесрочных приложений с высокоскоростной передачей данных на серверах и в центрах обработки данных [35]. Тем не менее, надежность, производительность, воспроизводимость и стоимость этого подхода, особенно для сверхбольших интегральных схем (СБИС), до сих пор неизвестны [16,36].

1.3 Псевдоморфный подход

Проблема рассогласования постоянных решеток большинствасоединений ЛШБУ и Si является основной причиной, препятствующей созданию лазера на Si на основе ЛШБУ. Чтобы избежать пластической релаксации, которая является причиной ухудшения характеристик устройства, слои могут раститься когерентно (псевдоморфно). Это означает, что постоянная решетки слоев должна оставаться равной постоянной решетки подложки.

На рисунке 1.3 показано, что GaP и AlP являются бинарными полупроводниками ЛШБУ, которые имеют наименьшее рассогласование по решетке с Si (0,37% для GaP/Si и 0,69% для AlP/Si). Тем не менее, при ненулевом несоответствии решеток, слой начинает пластически релаксировать при толщине, превышающей так называемую критическую толщину. Очевидно, что чем меньше несоответствие решетки, тем больше критическая толщина. Для GaP/Si эта величина была оценена в диапазоне от 40 нм до 100 нм [37-39]. Толщина лазерной структуры обычно составляет от 2 до 3 мкм. Таким образом, необходимы соединения с еще меньшим рассогласованием постоянных решеток с Si.

со т

.о I

О

оо

0

1 X

си

3"

си о. с го

00

ее

о.

си

I

т

Рисунок 1.3 - Энергия запрещенной зоны полупроводников как функция их постоянной решетки. Синяя (красная) пунктирная линия представляет твердый раствор разбавленного нитрида (бора) GaPN (BGaP) и подчеркивает идеальное согласование решетки GaPN0.02(B0.02GaP) с Si [9] Идеальное согласование по решетке может быть достигнуто путем добавлениия небольшого количества азота (2,2% в GaP и 3,8% в AlP при комнатной температуре), помимо этого, что и представляет особый интерес, добавление азота всего 0.5% приводит к формированию прямой структуры электронных зон таких твердых растворов.

1.4 Твердые растворы GaPN 1.4.1 Модель антипересечения зон

Модель антипересечения зон (band anticrossing, BAC), описывающая модификацию зонной структуры, была предложена и развита Кентом и Зунгером [10]. Предложенная модель позволила объяснить необычную композиционную зависимость ширины запрещенной зоны твердых растворов AIIIBV1-xNx, а именно, уменьшение ширины запрещенной зоны твердого раствора с уменьшением постоянной кристаллической решетки.

BAC-модель указала на несколько новых эффектов, таких, как увеличение эффективной массы электрона при увеличении концентрации азота, улучшение активационной эффективности доноров в GaP1-xNx и изменение природы фундаментальных свойств соединений, таких как GaP1-xNx, а именно переход от непрямозонной к прямозонной зонной структуре, уже при концентрациях азота менее одного процента [40].

В BAC-модели рассматривается взаимодействие локализованного азотного уровня с зоной проводимости, в результате которого происходит расщепление зоны проводимости на две подзоны E+ и E- (рис.1.4). При этом минимум зоны проводимости понижается, что приводит к уменьшению ширины запрещенной зоны образующегося соединения AIIIBV1-xNx .

Гамильтониан этой двухуровневой задачи выглядит как:

'Ет V

НВАС = (у вП) (11)

Диагонализация этого гамильтониана приводит к следующему выражению:

+ ^п ± '

-Еп]2 + 4К2х

-'Ш

У

(1.2)

где Ет - дисперсия зоны проводимости соединения, атомы которого замещаются, Еп - энергия локализованных состояний замещающих атомов (атомы азота). -параметр гибридизации локализованных состояний и состояний зоны проводимости [41].

Рисунок 1.4 - Дисперсия модифицированной зоны проводимости Ga(In)AsN,

расщепленной на Е+ и Е- подзоны [9] Модификация зоны проводимости соединений GaAs1_xNx и Ga1_yInyNxAs1_x, вызванная добавлением азота изучалась по спектрам фотомодулированного отражения [42, 43]. Спектры фотомодулированного отражения для структур Ga1_ yInyNxAs1_x с различным содержанием азота представлены на рисунке 1.5. На рисунке 1.5 видно три различных энергетических перехода в азотосодержащих

твердых растворах. Е0 - ширина запрещенной зоны Gao,92Ino,08As ^=0). Добавление азота в GaInAs и формирование соединения Ga1-yInyNxAs1-x приводит к расщеплению зоны проводимости на Е+ иЕ- подзоны, причем зазор между ними увеличивается по мере увеличения мольной доли азота в твердом растворе. Запрещенная зона (Е- переход) сужается, т.к. энергия перехода между потолком валентной зоны и дном зоны проводимости (Е- подзона) уменьшается. Кроме того, энергия спин-орбитально отщепленной валентной зоны Д0 равна 0,34 эВ для всех измеренных образцов и не зависит от содержания азота. Таким образом, можно сделать вывод, что добавление азота в твердые растворы не вносит значительных изменений в структуру валентной зоны.

Рисунок 1.5 - Спектры фотоотражения слоев Ga1-yInyNxAs1-x с различным

содержанием азота [42]

Спектры фотоотражения позволили экспериментально доказать существование Е+ и Е- уровней и подтвердили верность ВАС-модели. Однако она страдает от недостатка прочной теоретической основы. Во-первых, ее описание ограничивается лишь небольшой областью обратного пространства, близкой к Г долине. Во-вторых, учитывается только один локализованный уровень, в то

время, как известно, что азот вносит множество локализованных состояний, таких как изолированный атом азота, азотные пары и более сложные азотные кластеры.

Для устранения этих ограничений, была предложена двухуровневая ВАС-модель. В [44,45] предложили ввести второй локализованный уровень, связанный с NN парой, который приводит к возникновению трехуровневого гамильтониана:

Тем не менее, вопрос о справедливости действия ВАС-модели во всей зоне Бриллюэна остается, хотя было предложено ввести зависимость параметра гибридизации от к. Некоторые авторы решили усовершенствовать модель, добавив некоторые произвольные зависимости Еп и Етот концентрации азота, давления или температуры, преобразовывая модель как рабочий инструмент, а не как модель, дающую исчерпывающие основы.

Особенностью разбавленных нитридов является повышенная роль гетерогенности и локализации. Теоретическое моделирование этих эффектов требует атомистических методов, связанных с вычислением суперячейки с обработкой большого числа атомов. Необходимо использовать большое количество элементарных ячеек из-за низкой концентрации азота, а также моделировать реальное статистическое распределение большого количества локальных конфигураций.

В [10] рассчитали энергетическое положение изолированного азотного уровня, а также азотных пар и других сложных кластеров азота в легированных азотом GaAs:N и GaP:N. Как видно на рисунке 1.6, все локализованные уровни, относящиеся к изолированному N парам NN триплетам N или цепям N располагаются ниже дна зоны проводимости (СВМ) GaP. С другой стороны, уровни изолированного N и большинства NN пар локализованы выше СВМ в GaAs. В случае кластеров и цепей, содержащих более двух атомов N обнаружено сходство в GaAs:N и GaP:N, связанное с более глубоким расположением в запрещенной зоне по мере увеличения числа атомов азота.

(1.3)

а)

б)

Рисунок 1.6 - Расположение азотных уровней а) в матрице GaAs и б) в матрице

GaP, теоретически определенное Кентом и Зунгером [10]. Показан изолированный азотный уровень (^ и первые шесть пар NN где /-количество ближайших соседей. Также показан 3N триплет и цепь азотных кластеров. Атомы

азота выделены красным цветом.

Более того, добавление азота приводит к нарушению трансляционной симметрии матричного кристалла, затрагивающие состояния зоны проводимости не только в точке Г зоне, но и L и X. Уменьшение минимума зоны проводимости объясняется отталкиванием этих возмущенных матричных состояний. С увеличением концентрации азота, минимум зоны проводимости поглощает наиболее глубокое кластерное состояние и полученная волновая функция является результатом смешивания локализованных и более делокализованных уровней. В этом смысле, ВАС-модель качественно согласуется, за исключением того, что взаимодействие происходит не только между одним локализованным уровнем и Г зоной проводимости матричного материала, а скорее между различными состояниями зоны проводимости и различными локализованными состояниями кластеров.

1.4.2 Модель сильной связи

Другое известное описание азотосодержащих твердых растворов использует модель сильной связи [46-49]. Расчет энергий изолированного уровня N NN пар и кластеров в GaAsN и GaPN осуществляется в соответствии с методом эмпирического псевдопотенциала. Модель сильной связи объясняет необычное поведение GaAsN и GaPN из-за взаимодействия между состояниями зоны проводимости матричного материала и линейной комбинации изолированных атомов азота. Каждый N атом в неупорядоченной суперячейке связан с изолированным N состоянием, которое может взаимодействовать не только с состоянием зоны проводимости, но и с другими изолированными N состояниями. Дробный характер края Г зоны проводимости удовлетворительно описывается двухуровневой ВАС-моделью. Действительно, из-за того, что изолированный N уровень выше дна зоны проводимости в GaAs, край зоны проводимости в GaAsN в основном «Г-подобный», с дробным характером, уменьшающимся от 100% до 50% при увеличении содержания азота. Тем не менее, он может быть немного меньше 50%, когда край зоны проводимости располагается близко к энергиям кластеров, расположенных внутри запрещенной зоны. Этот эффект отвечает за немонотонное изменение эффективной массы электрона с содержанием азота в GaAsN [46].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лазаренко Александра Анатольевна, 2020 год

- ■ -

. 1 1,1,1 (1) _ ■ - , 1,1,

3.4 Низкотемпературная фотолюминесценция

Спектры фотолюминесценции, зарегистрированные при криогенной температуре, 10К, для всех образцов, приведенных в таблице 3.3, представлены на рисунке 3.12.

Таблица 3.3 - Характеристики исследуемых образцов GaPAsN/GaP

№ Содержание Содержание

образца К, % АБ, %

1 0,7 0

2 1,6 4,7

3 0,5 7,7

4 0,6 0

энергия, эВ

Рисунок 3.12 - Спектры ФЛ гетероструктур GaPN/GaP, GaPAsN/GaP и GaPN/Si при Т=10 К. Описание образцов с соответствующими спектрам ФЛ номерами

приведены в таблице 3.2 Начиная от температур близких к температуре жидкого азота, 80К, и при более низких температурах наблюдается расщепление спектров ФЛ на серию линий (образцы 1, 3 и 4). Наиболее отчетливо эффект проявлялся при

исследовании образца с наименьшей мольной долей азота (образец 3). Наиболее интенсивная эмиссионная линия, обозначенная NN1, связана с рекомбинацией носителей через локализованное состояние образованное наиболее близкой парой атомов азота. В общем виде возможные азотные пары обозначаются NN при /=1 атомы азота располагаются в ближайших анионных положениях [94]. Пики с меньшей энергией, связанные с состоянием NN являются его фононные репликами, включая оптические продольные и поперечные фононы (ЬО и ТО, соответственно), акустические фононы (ЬА, ТА), а также локальные колебательные моды (ЬУМ). Реплики, связанные с различными фононами, обозначены на рисунке 3.12 символами соответствующими конкретным фононам. Дополнительно, при температуре 10 К справа от наиболее интенсивной серии фононных реплик, связанных с парой NN возникает линия пары NN и связанные с ней реплики. Энергетическое положение наблюдаемых линий NN и NN а также энергетическое расстояние между фононными линиями хорошо согласуются с известными значениями энергии этих линий в GaPN [94]. Присутствие мышьяка в умеренных концентрациях в образце 3 не влияет на энергетическое положение наблюдаемых линий NN и NN Дополнительно, на спектрах образцов 1, 3 и 4 слева от фононных реплик наблюдается плечо, связанное с оптическими переходами между зоной Е. и потолком валентной зоны. Пример разложения наблюдаемого спектра на возможные составляющие спектры для образца 1 приведен на рисунке 3.13.

энергия, эВ

Рисунок 3.13 - Пример разложения наблюдаемого интегрального спектра ФЛ (1) на возможные составляющие спектры (1' и 1") для образца 1 при Т=10 К.

Изменение взаимного расположение дна зоны Е- относительно уровня пары КЫь который находится в четко фиксированном положении, приводит к энергетическому сдвигу ФЛ связанной с переходами между дном подзоны Е- и потолком валентной зоны. В результате, форма интегрального спектра ФЛ, которую мы наблюдаем, видоизменяется. Например, можно отметить различие спектров образцов 1 и 3. Энергетическое расположение уровней азотных пар NN и изолированных атомов азота в GaP и подзоны Е- зоны проводимости твердого раствора GaPN схематически показано на рисунке 3.14.

Рисунок 3.14 - Схема энергетическое расположение уровней азотных пар NN и изолированных атомов азота в GaP и подзоны Е. зоны проводимости

твердого раствора GaPN Для образцов с малой долей азота (образцы 1, 3 и 4) энергетический зазор между дном Е. и уровнем NN мал и излучательная рекомбинация идет по обоим каналам. Для образца 2, с более высокой долей азота, энергетический зазор возрастает и спектр ФЛ (см. рис. 3.12) определяется только оптическими переходами между зоной Е. и потолком валентной зоны.

3.5 Квантовые ямы GaPNAs и InGaPN

Добавление в GaP азота и формирование слоев ОаР1-хЫхприводит к уменьшению постоянной кристаллической решетки и возникновению упругих напряжений в эпитаксиальном слое при псевдоморфном росте на подложках GaP. Добавление мышьяка или индия и формирование четверного твердого раствора InGaPN или GaPNAsприводит к увеличению постоянной решетки и к компенсации упругих напряжений, обусловленных введением азота [79].

После исследования процесса встраивание азота в слои ОаР1-хЫх и определения оптимальных режимов эпитаксиального процесса, были выращены гетероструктуры решеточно-согласованные с подложкой GaPс квантовыми ямами InGaPN и GaPNAs с одинаковой энергией перехода.

Был произведен сравнительный анализ спектров фотолюминесценции этих структур (рис. 3.15).

энергия, эВ

Рисунок 3.15 - Спектры фотолюминесценции гетероструктур с квантовыми ямами InGaPN (красный) и GaPAsN (синий), выращенными на поверхности GaP(100) Из рисунка видно, что интенсивность пика фотолюминесценции у структуры с квантовыми ямами InGaPN примерно в два раза ниже, чем интенсивность пика фотолюминесценции у структуры с квантовыми ямами GaPNAs. Можно сделать вывод о том, что концентрация дефектов в структурах с квантовыми ямами InGaPN выше. Внедрение индия приводит к компенсации упругих напряжений, но индий встраивается в подрешетку элементов III группы. Вероятно, такой способ компенсации хуже, чем компенсация напряжений посредством введения мышьяка, который компенсирует упругие напряжения в подрешетке V группы,

созданные азотом. Компенсация напряжений посредством введения мышьяка подавляет образование дефектов, о чем также сообщалось в работе [88].

3.6 Гетерослои GaP(N) на Si (100)

Для исследований структурных свойств буферных слоев GaP(N) на кремнии были синтезированы три структуры на подложке Si (100) с разориентацией на 40 по направлению [011]. Процесс предэпитаксиальной подготовки кремниевой подложки, а также технология роста зародышевого слоя GaP на кремнии подробно описана в главе 2.

Первая структура (GaP/Si), содержала зародышевый слой MEE GaP и буферный слой GaP толщиной 200 нм. Вторая структура (GaPN/GaP/Si) состояла из буферного слоя GaP, слоя GaP0.994N0.006 толщиной 200 нм и покрывающего слоя GaP толщиной 25 нм. Третья структура (GaPN/GaP/Si/отжиг) аналогична второй, но после осаждения покрывающего слоя GaP толщиной 25 нм, проводился термический отжиг в ростовой камере установки МПЭ в течение 5 мин. при температуре 6600C в потоке фосфора.

Изображение поперечного сечения образца GaP/Si, полученное с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), представлено на рисунке 3.16.

GaP

Рисунок 3.16 - ПЭМ- изображение поперечного сечения слоя GaP на подложке Si(100) 40, полученное в двулучевых условиях в режиме темного поля

Над интерфейсом между подложкой Si и слоем GaP наблюдается множество дефектов. В основном это антифазные домены и границы двойникования. Толщина области залегания дефектов составляет 50-100 нм. Выше этой области не наблюдается контраста, связанного с локальными упругими напряжениями в слое или дефектами, что говорит об однородности и структурном совершенстве слоя GaP. Релаксация упругих напряжений на границе GaP/Si обеспечивает дальнейший двумерный рост и высокую планарность поверхности растущего слоя GaP. Дислокации, прорастающие от гетероинтерфейса до поверхности, практически отсутствуют на изображениях. Анализ всех полученных

о _^

изображений ПЭМ образца GaP/Si позволяет оценить их плотность как ~10 см .

Изображение поверхности образца GaP/Si, полученное с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ), приведено на рисунке 3.17.

0 0.8 1-6

цт

Рисунок 3.17 -Контактное АСМ-изображение поверхности слоя ОаР/Б1 Наблюдается гладкая поверхность со среднеквадратичной шероховатостью (rms) ~4.4 нм для области сканирования 5*5 мкм. Плотность выходов дислокаций

на поверхность составляет ~2 108 см-2, что хорошо согласуется с данными ПЭМ и

свидетельствует о высоком структурном качестве метамофного буферного слоя ОаР.

На ПЭМ-изображениях слоев ОаРМОаР/81 (рис. 3.18) в области буферного слоя GaP наблюдается контраст, отличающийся от картины, полученной для слоев ОаР/Б1. Помимо антифазных доменов также видны прорастающие дислокации, пронизывающие и слой GaP0.994N0.006 и дефекты упаковки в плоскостях {111}.

Рисунок3.18 - ПЭМ-изображение поперечного сечения образца ОаРМОаР/Б1 на подложке Si(100) 40, полученное в двулучевых условиях в режиме темного поля с действующим вектором дифракции g=[200]

Кроме этого, на АСМ-изображении (рис. 3.19) наблюдается более развитая поверхность структуры. Среднеквадратичная шероховатость (rms) для этого образца составляет ~8.3 нм для области сканирования 5*5 мкм.

о 0.9 1.8

цт

Рисунок 3.19 - Контактное АСМ-изображение поверхности структуры

ОаРКЮаР^

Учитывая тот факт, что толщина области залегания дефектов в образце ОаР/Б1 превышает 50 нм, можно предположить, что для улучшения структурного совершенства слоя GaPN требуется оптимизация толщины буферного слоя. Другой возможной причиной высокой шероховатости поверхности структуры ОаРК/ОаР/Б1 являются дополнительные механические напряжения, возникающие в процессе роста эпитаксиального слоя GaPo.cmNo.oo6 на буферном слое GaP из-за рассогласования постоянных решеток этих двух слоев. Полуширина линии ФЛ при температуре 78К составляет ~190 мэВ и свидетельствует о неоднородности твердого раствора GaPN по составу (рис. 3.20).

Рисунок 3.20 - Спектры ФЛ структуры ОаРК/ОаР/81, полученные при температуре 78K (синяя линия) и 300K (красная линия), и спектр ФЛ структуры ОаРК/ОаР/81+отжиг, полученный при 300K (черная линия).

Увеличение температуры до 300K (рис. 3.20) приводит к падению интенсивности ФЛ структуры ОаРК/ОаР/Б1 на два порядка вследствие усиления безызлучательной рекомбинации носителей. Используя для аппроксимации полученной температурной зависимости интенсивности ФЛ (рис. 3.21) выражение

I =

/г

1 + а • е-Е*/кт

(3.6)

где 10 — интенсивность ФЛ при T = 78^ можно оценить величину активационной энергии Еа около 185 мэВ, которая говорит о существовании глубоких центров безизлучательной рекомбинации (рис. 3.21).

Таким образом, для улучшения оптических свойств слоев GaPN требуются дополнительные эпитаксиальные слои, формирующие энергетические барьеры и предотвращающие утечку носителей заряда в близкорасположенные дефектные области метаморфной структуры. Более того, дополнительные интерфейсы в

гетероструктуре приведут к уменьшению плотности дислокаций, прорастающих сквозь слои структуры.

1/Т(К"1)

Рисунок 3.21 - Температурные зависимости интенсивности ФЛ для образца ОаРК/ОаР/81 (синие символы) и образца ОаРК/ОаР/81 +отжиг (красные символы)

и их аппроксимация (линии)

На зависимости положения максимума интенсивности ФЛ от температуры для образца ОаРК/ОаР/Б1 (рис. 3.22) наблюдается отклонение от закона Варшни:

Е(Т)=Е(0)—аТ/(Т+в), (3.7)

где а и в — подгоночные параметры, а=5.7-10-4 эВ/К и в= 350К [87].

Рисунок 3.22 - Температурные зависимости положения максимума интенсивности ФЛ для образца ОаРК/ОаР/Б1 (символы) и энергии переходов в соответствии с законом Варшни: Е(Т)=Е(0)-аТ/(Т+в) (пунктир)

Видно, что энергетический сдвиг положения максимума интенсивности ФЛ для образца ОаРК/ОаР/Б1 составил ~55 мэВ (в диапазоне температур 80-300К), в то время как ожидаемая величина сдвига составляет ~70 мэВ. Такое отклонение от закона Варшни характерно для структур с локализацией носителей на флуктуациях потенциала, возникших вследствие композиционной неоднородности твердого раствора. В случае образца ОаРК/ОаР/Б1 причиной возникновения центров локализации может служить неоднородное распределение атомов азота в эпитаксиальном слое GaP0.994N0.006.

Применение термического отжига в процессе роста структуры ОаРМОаР/81 привело к увеличению интенсивности ФЛ при комнатной температуре в 2.6 раза по сравнению со структурой без отжига ОаРМОаР/81 (рис.3.20). При этом падение интенсивности ФЛ структуры с отжигом при увеличении температуры от температуры жидкого азота до комнатной составило ~40 раз, что сопоставимо с

падением интенсивности ФЛ в псевдоморфных слоях GaPN, синтезированных на подложках GaP [95], и свидетельствует об эффективном подавлении безызлучательной рекомбинации. Более того, приминение термического отжига не приводит к изменению полуширины линии ФЛ или к изменению энергии перехода.

Заключение к главе 3

В данной главе приведены исследования оптических и структурных свойств слоев разбавленных нитридов на подложках GaP и Si. Рассмотрено влияние параметров эпитаксиального процесса, а именно, температуры подложки и мощности ВЧ генератора атомарного азота, на оптические и структурные свойства слоев ОаР^)М

Было проведено сравнение структур с квантовыми ямами 1пОаРМи GaPAsN на подложках ОаР. Показано, что что концентрация дефектов в структурах с квантовыми ямами InGaPN выше. Внедрение индия приводит к компенсации упругих напряжений, но индий встраивается в подрешетку элементов III группы. Такой способ компенсации хуже, чем компенсация напряжений посредством введения мышьяка, который компенсирует упругие напряжения в подрешетке V группы, созданные азотом. Компенсация напряжений посредством введения мышьяка подавляет образование дефектов.

Было показано, что применение термического отжига в процессе эпитаксиального роста гетероструктур способствует эффективному подавлению безызлучательной рекомбинации в слоях ОаРМЮаР/Б1 без изменения энергии перехода.

4. Глава 4. Светоизлучающие приборы на основе AIIIBVN 4.1 Легирование слоев GaP/Si

Было показано, что плотность выхода дислокаций на поверхность гетероструктуры, состоящей зародышевого MEE GaP слоя и буферного слоя GaP толщиной 200 нм, выращенного на Si (100) подложке с разориентацией на 40 по

о _л

направлению [011], составляет ~210 см [96]. Хорошая морфология поверхности выращенного слоя GaP достигается за счет того, что прорастающие дислокации, возникающие на гетерогранице GaP/Si, по мере эпитаксиального роста буферного слоя GaP загибаются и не выходят на поверхность. Большое количество дислокаций на гетероинтерфейсе GaP/Si не позволяет создать контакт через подложку.

Еще одним препятствием для создания контакта через подложку является диффузия атомов Ga и P в кремниевую подложку в процессе эпитаксиального роста [97].В результате такой диффузии возникает нежелательный p-n переход, который может приводить к потерям при электрической накачке светодиодной структуры.

Решить данную проблему можно путем создания нижнего p-контакта через активные слои гетероструктуры (рис. 4.1), которые создаются путем травления и пассивации слоев гетероструктуры, электроды к легированным слоям p- типа подводятся сверху через активные слои.

Исследуемые образцы легировались Si и Be для получения n-GaP/Si и p-GaP/Si, соответственно.

контакт.

СаР(М) буфер

вывод излучения

п-контакт

I

контакт

п-контактный" СаР слой

ЗаРМ/СаРАБИ активная обл.

^^~р-контактный ваРслой

р-контакт

подложка

Рисунок 4.1 - Схематичное изображение конструкции GaP(As)N/GaP/Si

СИД гетероструктуры

Объемное легирование GaP кремнием не позволяет получить высокую концентрацию носителей в слое GaP:Si. Это связано с особенностями эффузионного источника кремния и, как следствие, с низким потоком кремния при росте гетероструктуры. Поэтому было принято решение использовать дельта-легирование (рис. 4.2 б).

а

б

Рисунок 4.2 - Схематичное изображение легированных слоев GaP:Be (а) и

GaP:Si (б)

Слои состояли из зародышевого слоя GaP, выращенного методом МЕЕ (45 периодов), и легированного слоя GaP. Легирование бериллием осуществлялось равномерно по всей толщине слоя. Для получения высоколегированного слоя GaP:Si использовалась периодическая структура (20 периодов), состоящая из монослоя Si ^^ и GaP:Si толщиной 100 А. Концентрация и подвижность носителей заряда в полученных слоях определялась методом Холла и представлена в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - концентрация и подвижность носителей заряда при комнатной температуре

Образец Концентрация (см-) Подвижность (см /(В с))

ОаР:Бе 1,0102и 7

ОаР:Б1 6,01018 13

нелег. GaP (дырки) - <150

нелег. GaP (электроны) - <250

[68]

Концентрация свободных носителей заряда может уменьшаться из-за большого количества дефектов в материале. Однако в данном случае удалось добиться высоких значений концентрации носителей заряда, которая свидетельствует о достаточно хорошем структурном качестве выращенного слоя.

Для сравнения, в таблице 4.1 приведена подвижность электронов и дырок в нелегированном GaP. Видно, что подвижность носителей в чистом материале достаточно мала, но в полученных слоях GaP:Si и GaP:Be она уменьшается примерно в 20 раз. Это связано, в первую очередь, с высокой степенью легирования полученных слоев. Кроме того, носители заряда рассеиваются на шероховатостях и дефектах, присутствующих на гетерогранице GaP/Si.

В результате, удалось получить высоколегированные слои р^аР и п^аР на подложках Si, пригодные для создания контактов для СИД.

4.2 Конструкция гетероструктуры светоизлучающего диода на основе

GaPAsN/Si

Гетероструктура светоизлучающего диода была выращена методом молекулярно-пучковой эпитаксии на установке МПЭ, оснащенной твердотельными источниками III и V групп и источником азота с плазменной активацией. Чтобы избавится от проблемы образования антифазовых областей в процессе роста соединений AШBV на кремнии [80], использовались вицинальные кремниевые подложки с разориентаций на 4° относительно поверхности (001) по направлению [110] ш-типом легирования 1-1016 см-3.

Перед эпитаксиальным ростом кремниевые подложки проходили цикл химической обработки [81], далее подложки нагревались в предростовой камере до температуры 350°С, а затем до температуры 850°С в эпитаксиальном реакторе установки МПЭ.

Для формирования качественного зародышевого слоя GaP на подложке Si была использована методика МЕЕ.

Далее на полученном зародышевом MEEGaP слое выращивалась гетероструктура светоизлучающего диода стандартным режимом МПЭ, ее конструкция и ПЭМ-изображение активной области GaPAsN/GaPN представлено на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3 - конструкция светоизлучающего диода на кремнии и ПЭМ-изображение активной области GaPAsN/GaPN

Гетероструктура GaPAsN/Si светоизлучающего диода состоит из активной области и контактных слоев. Нижний контактный слой содержит короткопериодную сверхрешетку (СР) (GaP/GaPN)x10, улучшает морфологию последующих слоев и препятствует прорастанию дефектов из MEE слоя.

В качестве активной области используется квантоворазмерная гетероструктура, состоящая из 15 периодов слоев GaP0.982N0.018/GaP0.832As0.150N0.018. Слои GaP0 982N0018 играют роль барьеров, а слои GaP0 832As0.150N0018 - квантовых ям.

Верхний контактный слой легируется кремнием для получения n-типа проводимости.

На ПЭМ-изображении видны резкие гетерограницы слоев квантоворазмерной гетероструктуры GaPAsN/GaPN, однако также видно наличие композиционной неоднородности.

4.3 Исследование характеристик светоизлучающего диода на основе

GaPAsN/Si

Вольт-амперная характеристика гетероструктуры светоизлучающего диода на основе GaPAsN/Si, полученная при комнатной температуре, представлена на рисунке 4.4. Характеристика имеет диодный вид, величина напряжения отсечки при комнатной температуре составляет ио~3,2 В.Тепловой пробой диода наступает при ипр~-40В.

Рисунок 4.4 -Вольт-амперная характеристика гетероструктуры светоизлучающего диода на основе GaPAsN/Si Была построена зонная диаграмма полученного p-i-n диода в условиях равновесия (рис. 4.5 а), при прямом смещении 1 В (рис. 4.5 б) и при прямом смещении 2 В (рис. 4.5 в). Зонная диаграмма была рассчитана c помощьюбесплатного программного обеспечения AFORS-HET (Automat FOR Simulation of HETero structures) 2.5. Для этого задавались все слои светоизлучающей гетероструктуры, были описаны их оптические и электронные свойства. Программа автоматически решает уравнения Пуассона и непрерывности в одномерном случае с использованием дрейфовых и диффузионных токов, что позволяет построить зонную диаграмму.

а)

Толщина, нм

б)

-3,0 -3,5 -4,0

СО

-4,5

о: о.

ф -5,0 х О

-5,5 -6,0 -6,5

0 200 400 600 800 1000

Толщина, нм

в)

Рисунок 4.5 - Зонная диаграмма гетероструктуры светоизлучающего диода на основе GaPAsN/Si в условиях равновесия (а), при приложении прямого смещения 1В (б) и 2В (в) (Ec - зона проводимости, Ev - валентная зона, F-уровень Ферми,

диаграмма построена для Г-долины) При приложении прямого смещения, уровень Ферми расщепляется на два квазиуровня - для электронов (ЕРп) и дырок (ЕРр). Согласно моделированию, светодиод открывается при приложении прямого смещения -2В. Однако согласно экспериментальным данным, напряжение отсечки составляет ио~3,2 В, что свидетельствует о падении напряжения на контактах, а также на большом количестве прорастающих дислокаций и дефектах, связанных с эпитаксиальным ростом на кремниевой подложке.

При приложении прямого напряжения более 3,2 В наблюдается интенсивная электролюминесценция (рис. 4.6).

Рисунок 4.6 - фотография электролюминесценции при комнатной температуре при прямом смещении 10В. На рисунке 4.7 продемонстрированы спектры электролюминесценции (ЭЛ) в широком диапазоне температур, полученные при напряжении смещения и=5,4В (при температурах 80-260 К (а) и 300-360К (б)).

14OOO -

12OOO -

1OOOO -

BOOO -

6OOO -

4OOO -

2OOO -

575 6OO 625 65O 675 7OO длина волны, нм

725

75O

а)

12OOO

1OOOO

BOOO

6OOO

4OOO

2OOO

55O 6OO 65O 7OO

длина волны, нм

75O

BOO

б)

Рисунок 4.7 - спектры ЭЛ при температурах 80-260 К (а) и 300-360К (б),

полученные при и=5,4В Наблюдается ЭЛ в области 645 нм, вплоть до температуры 360 К.По мере увеличения температуры интенсивность излучения падает, а длина волны максимума ЭЛ смещается в длинноволновую область. Для детального рассмотрения характера смещения длины волны излучения с ростом температуры была построена температурная зависимость положения максимума ЭЛ (рис. 4.8).

650

645 640

I

X

га Е

^ 635 630 625

Рисунок 4.8 - Температурная зависимость положения максимума ЭЛ при температурах от 80К до 300К при непрерывной (черный спектр) и импульсной

(красный спектр) накачке При постоянном напряжении смещения 5,4 В при увеличении температуры от 80 К до 160К наблюдается плавный сдвиг положения максимума ЭЛ в длинноволновую область. При дальнейшем увеличении температуры светоизлучающей гетероструктуры положение максимума не меняется и остается на значении 645 нм. В литературе такой эффект наблюдался [95] на аналогичных

■ •

■ непрерывный • импульсный

100 150

200 т,к

250 300

гетероструктурах и объяснялся наличием нескольких центров излучательной рекомбинации, связанных с композиционной неоднородностью слоев.

Также была исследована ЭЛ гетероструктуры при различных токах накачки для температур 180Ки 300K (рис. 4.9).

CD

I I-

О

|=; о

о

0

1

ш

S

0

1

CD

12000 -

10000 -

8000 -

6000 -

4000 -

2000 -

550

600 650 700

длина волны, нм

750

800

а)

±

н

о

|=; о

о

0

1

ш ^

0

1

си

14000 -

12000 -

10000 -

8000 -

6000 -

4000 -

2000 -

550

600 650 700

длина волны, нм

50мA . 100мA. 120мA 150мA 200мA'

750

800

б)

Рисунок 4.9 - Спектры ЭЛ светоизлучающей гетероструктуры при различных токах, протекающих через гетероструктуру, зарегистрированные при

температуре 180К (а) и 300К (б) При увеличении тока, протекающего через гетероструктуру, интенсивность ЭЛ значительно увеличивается как при комнатной температуре, так и при температуре 180К. Однако не происходит коротковолнового сдвига максимума электролюминесценции, который обычно обусловлен заполнением вышележащих электронных состояний активной области и сопровождается ростом интенсивности ЭЛ. Это так же может быть связано с наличием композиционной неоднородностью.

Заключение к главе 4

Глава 4 посвящена процессу создания светоизлучающего диода на основе материала ОаРЛБК на подложке кремния.

Была решена проблема получения высоколегированных кремнием и бериллием слоев ОаР для получения контактных слоев. Легирование бериллием осуществлялось равномерно по всей толщине слоя, достигнутая концентрация на

20 3

уровне 110 см- позволила получить омические контакты.

Объемное легирование кремнием слоя ОаР не позволяет получить высокую концентрацию легирующей примеси, поэтому для получения высоколегированного кремнием слоя GaP:Si использовалась периодическая структура (20 периодов), состоящая из монослоя Si ^^ и GaP:Si толщиной 100 А. Достигнутая концентрация 6 1018 см-3 пригодна для создания омического контакта.

Далее была разработана конструкция светоизлучающего р-ьп диода на основе материала ОаР(ЛБ,К) на подложке кремния с нижним контактом, подведенным сверху через активные слои гетероструктуры, что позволило обойти проблему взаимной диффузии атомов Оа, Ри на гетерогранице ОаР/Б1.

В результате были получены вольт-амперные и оптические характеристики светоизлучающего диода. Он демонстрирует электролюминесценцию вплоть до температуры 360 К, кроме того, обладает хорошей температурной стабильностью длины волны излучения, а также высоким напряжением пробоя —40 В.

Заключение

Диссертационная работа посвящена актуальной теме современной оптоэлектроники - созданию эффективных светоизлучающих приборов на подложке кремния. В качестве объектов исследования были выбраны перспективные материалы с необычнымиструктурными и оптоэлектронными свойствами, а именно азотосодержащие твердые раствора АШВУМ Образцы были получены методом молекулярно-пучковой эпитаксии и исследованы широким диапазоном современных методов исследования.

Основные результаты диссертации сводятся к следующему:

1) Была исследована структура электронных зон соединений ОаРК в рамках модели антипересечения зон. Впервые экспериментально показано, что параметр гибридизации, описывающий взаимодействие локализованного азотного уровня и зоны проводимости соединений ОаР1-х^(0<х<2°%), не является постоянной величиной, а экспоненциально зависит от содержания азота в материале.

2) Добавление мышьяка в твердый раствор GaP1-x-yASyNxкомпенсирует упругие напряжения в слое эффективнее, по сравнению с добавлением 1п и созданию 1пуОа1-уР1-х^

3) Показано, что при высоких концентрациях азота (1<х<2%) в слоях GaP1-x-yAsyNx оптические переходы происходят только между зоной Е- и потолком валентной зоны, а при низких концентрациях (0<х<1%) еще и между уровнем NN и потолком валентной зоны

4) Показано, что применение термического отжига слоев ОаРМОаР/Б1 приводит к увеличению интенсивности фотолюминесценции в ~2,6 раз при 300К, без изменения энергии перехода

5) Разработана конструкция и изготовлены светоизлучающие диоды на основе материалов GaP(As,N) на подложке кремния

6) Показано, что дополнительное использование дельта-слоев кремния

18

позволяет увеличить концентрацию легирующей примесип-типа с 1^10 см-

3 18 3

до 610 см- в слоях GaP на подложках кремния

7) Полученный светодиод демонстрирует электролюминесценцию вплоть до температуры 360К, а также обладает хорошей температурной стабильностью длины волны излучения в диапазоне температур 200-360К.

Список литературы:

1. Oda, S. Nanoscale Silicon Devices / S. Oda, D. K. Ferry. - BocaRaton:CRC Press,2018.-300p

2. Abramkin, D.S. Influence of a Low-Temperature GaAs Dislocation Filter on the Perfection of GaAs/Si Layers / D. S. Abramkin, M. O. Petrushkov, E. A. Emel'yanov, M. A. Putyato, B. R. Semyagin, A. V. Vasev, M. Yu. Esin, I. D. Loshkarev, A. K. Gutakovskii, V. V. Preobrazhenskii, T. S. Shamirzaev // Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing. - 2018. - V.52. - №.6. - P. 181-186

3. Bolkhovityanov, Yu. B. Unzipping and movement of Lomer-type edge dislocations in Ge/GeSi/Si (001) heterostructures / Yu. B. Bolkhovityanov, A. S. Deryabin, A. K. Gutakovskii, L. V. Sokolov // Journal of Crystal Growth. - 2018. - V.483 - P. 265-268

4. Roelkens, G. III-V/silicon photonics for on-chip and inter-chip optical interconnects / G. Roelkens, L. Liu, D. Liang, R. Jones, A. Fang, B. Koch, J. Bowers // Laser Photonics Rev. - 2010. - V.4 - №.6 - P. 751-779

5. Semiconductors: Group IV Elements and III-V Compounds / ed. by Otfried Madelung. - Berlin.:Springer-Verlag. 1991. - 163p.

6. Kunert, B. Direct-band-gap Ga(NAsP)-material system pseudomorphically grown on GaP substrate / B. Kunert, K. Volz, J. Koch, W. Stolz // Applied Physics Letters. -2006. - V.88. - P.182108.

7. Dagnelund, D. Optically detected magnetic resonance studies of point defects in quaternary GaNAsP epilayers grown by vapor phase epitaxy / D. Dagnelund, J. Stehr, A.Y. Egorov, W.M. Chen, I.A. Buyanova // Applied Physics Letters. - 2013. - V.102. -P.021910.

8. Rolland, A. Design of a lattice-matched III-V-N/Si photovoltaic tandem cell monolithically integrated on silicon substrate / A. Rolland, L. Pedesseau, J. Even, S. Almosni, C. Robert, C. Cornet, J.M. Jancu, J. Benhlal, O. Durand, A.L. Corre, P. Rale, L. Lombez, J.F. Guillemoles, E. Tea, S. Laribi // Optical and Quantum Electronics. -2014. - V.46. - P.1397.

9. Robert, C. Study of III-V Nanostructures on GaP for Lasing Emission on Si:manuscript / C. Robert. - Rennes: Photonic.INSA de Rennes, 2013.-206p.

10. Kent, P. R. C. Theory of electronic structure evolution in GaAsN and GaPN alloys / P. R. C. Kent, Alex Zunger // Phys. Rev.B. - 2001. - V.64. - №.11 - P.115208

11. Izadifard, M. Effects of rapid thermal annealing on optical quality of GaNP alloys / M.Izadifard, I.A. Buyanova, J.P. Bergman, W.M. Chen, A. Utsumi, Y. Furukawa, A. Wakahara, H. Yonezu // IEE Proceedings: Optoelectronics. - 2004. - V.151. - I.5. -P.335

12. Furukawa, Y. Control of N Content of GaPN Grown by Molecular Beam Epitaxy and Growth of GaPN Lattice Matched to Si(100) Substrate / Y. Furukawa, H. Yonezu, K. Ojima, K. Samonji, Y. Fujimoto, K. Momose, K. Aiki // Japanese Journal of Applied Physics. - 2002. - V.141. - P.528.

13. Bank, S.R. Recent Progresson 1.55-^m Dilute-Nitride Lasers / S. R. Bank, H. Bae, L. L. Goddard, H. B. Yuen, M. A. Wistey, R. Kudrawiec, J.S. Harris // ieee journal of quantum electronics. - 2007. - V. 43. - №.9. - p. 773-785

14. Tang D., Investigation of dilute-nitride alloys of GaAsNx (0.01 < x < 0.04) grown by MBE on GaAs (001) substrates for photovoltaic solar cell devices / D. Tang, G. K. Vijaya, A. Mehrotra, A. Freundlich, D. J. Smith // Journal of Vacuum Science&Technology B. - 2016. - V.34. - №.1. - p. 011210

15. Fidaner, O. Ge-SiGe Quantum-Well Waveguide Photodetectors on Silicon for the Near-Infrared / O. Fidaner, A.K. Okyay, J.E. Roth, R.K. Schaevitz, Y.-H. Kuo, K.C. Saraswat, J.S. Harris, D.A.B. Miller // IEEE Photonics Technol. Lett. - 2007. - V.19. -P.1631-1633

16. Liang, D. Recent progress in lasers on silicon / D. Liang, J.E. Bowers // Nat. Photon. - 2010. - V.4. - P.511-517

17. Dumke, W.P. Interband Transitions and Maser Action / W.P. Dumke // Phys. Rev. -1962. - V.127. - P.1559

18. Green, M.A. Efficient silicon light-emitting diodes / M.A. Green, J. Zhao, A. Wang, P.J. Reece, M. Gal // Nature. - 2001. - V.412. - P.805-808

19. Chen, M.J. Stimulated emission in a nanostructured silicon pn junction diode using current injection / M.J. Chen, J.L. Yen, J.Y. Li, J.F. Chang, S.C. Tsai, C.S. Tsai // Appl. Phys. Lett. - 2004. - V.84. - P.2163

20. Daldosso, N. Nanosilicon photonics / N. Daldosso, L. Pavesi // Laser Photonics Rev. - 2009. - V.3. - P.508-534

21. Pavesi, L. Optical gain in silicon nanocrystals / L. Pavesi, L.D. Negro, C. Mazzoleni, G. Franzo, F. Priolo // Nature. - 2000. - V.408. - P.440-444

22. Yerci, S. Electroluminescence from Er-doped Si-rich silicon nitride light emitting diodes / S. Yerci, R. Li, L. Dal Negro // Appl. Phys. Lett. - 2010. - V.97. - №.3 -P.081109

23. Anopchenko, A. Graded-size Si quantum dot ensembles for efficient light-emitting diodes / A. Anopchenko, A. Marconi, M. Wang, G. Pucker, P. Bellutti, L. Pavesi // Appl. Phys. Lett. - 2011. - V.99. - P.181108

24. Rong, H. An all-silicon Raman laser / H. Rong, A. Liu, R. Jones, O. Cohen, D. Hak, R. Nicolaescu, A. Fang, M. Paniccia // Nature. - 2005. - V.433. - P.292-294

25. Rong, H. Monolithic integrated Raman silicon laser / H. Rong, Y.-H. Kuo, S. Xu, A. Liu, R. Jones, M. Paniccia, O. Cohen, O. Raday // Opt. Express. - 2006. - V.14. -P.6705-6712

26. Hall, R.N. Coherent Light Emission From GaAs Junctions / R.N. Hall, G.E. Fenner, J.D. Kingsley, T.J. Soltys, R.O. Carlson // Phys. Rev. Lett. - 1962. - V.9. - P.366

27. Holonyak, N. COHERENT (VISIBLE) LIGHT EMISSION FROM Ga(As1-xPx) JUNCTIONS / N. Holonyak, S.F. Bevacqua // Appl. Phys. Lett. - 1962. - V.1. - P.82

28. Соломонов, А.В., Исследование характеристик ультрафиолетовых светодиодов на основе гетероструктур GaN/AlGaN, выращенных методом хлоридно-гидридной эпитаксии / А.В. Соломонов, С.А. Тарасов, Е.А. Менькович, И.А. Ламкин, С.Ю. Курин, А.А. Aнтипов, И.С. Бараш, А.Д. Роенков, Х. Хелава, Ю.Н. Макаров // Физика и техника полупроводников. - 2014. - Том.48. - Вып.2. -С.259-264

29. Луценко, Е.В., Спонтанное и стимулированное излучение в среднем ультрафиолетовом диапазоне квантово-размерных гетероструктур на основе

AlGaN-соединений, выращенных методом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложках с-сапфира / Луценко Е.В., Ржеуцкий Н.В., Павловский В.Н., Яблонский Г.П., Нечаев Д.В., Ситникова А.А., Ратников В.В., Кузнецова Я.В., Жмерик В.Н., Иванов С.В. // Физика твердого тела. - 2013. - Том.55. - Вып.10. -С.2058-2066

30. Wada, H. Room-temperature CW operation of InGaAsP lasers on Si fabricated by wafer bonding / H. Wada, T. Kamijoh // eee Photonics Technol. Lett. - 1962. - V.8. -P.173-175

31. Fang, A.W. Electrically pumped hybrid AlGalnAs-silicon evanescent laser / A.W. Fang, H. Park, O. Cohen, R. Jones, M.J. Paniccia, J.E. Bowers // Opt. Express. - 2006. -V.14. - №.20. - P.9203

32. Roelkens, G. Laser emission and photodetection in an InP/InGaAsP layer integrated on and coupled to a Silicon-on-Insulator waveguide circuit / G. Roelkens, D. Van Thourhout, R. Baets, R. Notzel, M. Smit // Opt. Express. - 2006. - V.14. - P.8154

33. Lamponi, M. Low-Threshold Heterogeneously Integrated InP/SOI Lasers With a Double Adiabatic Taper Coupler / M. Lamponi, S. Keyvaninia, C. Jany, F. Poingt, F. Lelarge, G. de Valicourt, G. Roelkens, D. Van Thourhout, S. Messaoudene, J.-M. Fedeli, G.H. Duan // Ieee Photonics Technol. Lett. - 2012. - V.24. - №.1. - P.76

34. Liang, D. Electrically-pumped compact hybrid silicon microring lasers for optical interconnects / D. Liang, M. Fiorentino, T. Okumura, H.-H. Chang, D.T. Spencer, Y.-H. Kuo, A.W. Fang, D. Dai, R.G. Beausoleil, J.E. Bowers // Opt. Express. - 2009. - V.17. -P.20355

35. Paniccia, M. Integrating silicon photonics / M. Paniccia // Nat. Photonics. - 2010. -V.4. - P.498-499

36. Cheben, P. Silicon Photonics / P. Cheben, R. Soref, D. Lockwood, G. Reed // Adv. Opt. Technol. - 2008. - V.1. - P.2

37. Takagi, Y. Lattice relaxation process and crystallographic tilt in GaP layers grown on misoriented Si(001) substrates by metalorganic vapor phase epitaxy / Y. Takagi, Y. Furukawa, A. Wakahara, H. Kan // J. Appl. Phys. - 2010. - V.107. - P.063506

38. Skibitzki, O. GaP collector development for SiGe heterojunction bipolar transistor performance increase: A heterostructure growth study / O. Skibitzki, F. Hatami, Y. Yamamoto, P. Zaumseil, A. Trampert, M.A. Schubert, B. Tillack, W.T. Masselink, T. Schroeder // J. Appl. Phys. - 2012. - V.111. - P.073515

39. Almosni, S. Evaluation of InGaPN and GaAsPN materials lattice-matched to Si for multi-junction solar cells / S. Almosni, C. Robert, T. Nguyen Thanh, C. Cornet, A. Letoublon, T. Quinci, C. Levallois, M. Perrin, J. Kuyyalil, L. Pedesseau, A. Balocchi, P. Barate, J. Even, J.M. Jancu, N. Bertru, X. Marie, O. Durand, A. Le Corre // J. Appl. Phys. - 2013. - V.113. - P.169902

40. Liu, Z. Electrical properties of C-doped p-type GaP and GaPN grown by molecular beam epitaxy / Zhengxin Liu, Hitoshi Kawanami, Isao Sakata // Phys. Status Solidi C. -2011. - V.8. - №.2 - P.285-287

41. Kunert, B. Dilute nitride Ga(NAsP)/GaP-heterostructures: toward a material development for novel optoelectronic functionality on Si-substrate / B. Kunert, K. Volz, W. Stolz. // Phys. Status Solidi B. - 2007. - V.244. - №.8. - P.2730

42. Shan, W. Band anticrossing in GaInNAs alloys / W. Shan, W. Walukiewicz, J.W. Ager III, E.E. Haller, J.F. Geisz, D.J. Friedman, J.M. Olson, S.R. Kurtz //Phys. Rev. Lett. - 1999. - V.82. - P.1221

43. Walukiewicz, W. Nitrogen-induced modification of the electronic structure of group III-NV alloys / W. Walukiewicz, W. Shan, J. Wu, J.W. Ager III, D.R. Chamberlin, E.E. Haller, J.F. Geisz, D.J. Friedman, J.M. Olson, S.R. Kurtz // Proc.-Electrochem. Soc. -1999. - V.99. - P.190

44 Fahy, S. Theory of electron mobility in dilute nitride semiconductors / S. Fahy, E. O'Reilly // Phys. E Low-Dimens. Syst. Nanostructures. - 2004. - V.21. - P.881

45. Healy, S.B. Influence of cluster states on band dispersion in bulk and quantum well (ultra-)dilute nitride semiconductors / S.B. Healy, A. Lindsay, E.P. O'Reilly // Optoelectron. Ieee Proc. - 2004. - V.151. - №.5. - P.397-401

46. Lindsay, A. Unification of the Band Anticrossing and Cluster-State Models of Dilute Nitride Semiconductor Alloys / A. Lindsay, E.P. O'Reilly // Phys. Rev. Lett. -2004. - V.93. - P.196402

47. Lindsay, A. A tight-binding-based analysis of the band anti-crossing model in GaNxAs1-x / A. Lindsay, E.P. O'Reilly // Phys. E Low-Dimens. Syst. Nanostructures. -2004. - V.21. - №. 2-4. - P.901-906

48. Harris, C. Evolution of N defect states and optical transitions in ordered and disordered GaP1-xNx alloys / C. Harris, A. Lindsay, E.P. O'Reilly // J. Phys. Condens. Matter. - 2008. - V.20. - №. 29. - P.295211

49. O'Reilly, E.P. Trends in the electronic structure of dilute nitride alloys / E.P. O'Reilly, A. Lindsay, P.J. Klar, A. Polimeni, M. Capizzi // Semicond. Sci. Technol. -2009. - V.24. - №. 3. - P.033001

50. Zhang, Y. Optical transitions in the isoelectronically doped semiconductor GaP:N: An evolution from isolated centers, pairs, and clusters to an impurity band / Y. Zhang, B. Fluegel, A. Mascarenhas, H.P. Xin, C.W. Tu // Phys. Rev. B. - 2000. - V.62. - P.4493

51. Zhang, Y. Effects of heavy nitrogen doping in III-V semiconductors - How well does the conventional wisdom hold for the dilute nitrogen "III-V-N alloys"? / Y. Zhang, B. Fluegel, M.C. Hanna, J.F. Geisz, L.-W. Wang, A. Mascarenhas // Phys. Status Solidi B. - 2003. - V.240. -№.2 - P.396

52. Fluegel, B. Confirmation of the impurity-band model for GaP1-xNx / B. Fluegel, Yong Zhang, J. F. Geisz, A. Mascarenhas // Phys. Rev. B. - 2005. - V.72. - P.073203

53. Deng, H.-X. Band crossing in isovalent semiconductor alloys with large size mismatch: First-principles calculations of the electronic structure of Bi and N incorporated GaAs / Hui-Xiong Deng, Jingbo Li, Shu-Shen Li, Haowei Peng, Jian-Bai Xia, Lin-Wang Wang, Su-Huai Wei // Phys. Rev. B. - 2010. - V.82. - P.193204

54. Virkkala, V. Origin of band gap bowing in dilute GaAs1-xNx and GaP1-xNx alloys: A real-space view // Ville Virkkala, Ville Havu, Filip Tuomisto, Martti J. Puska // Phys. Rev. B. - 2013. - V.88. - P.035204

55. Turcotte, S. Empirical tight-binding calculations of the electronic structure of dilute III-V-N semiconductor alloys / S. Turcotte, N. Shtinkov, P. Desjardins, R. A. Masut // Journal of Vacuum Science & Technology A. - 2004. - V.22. - P.776

56. Shtinkov, N. Electronic and optical properties of GaAsN/GaAs quantum wells: A tight-binding study / N. Shtinkov, S. Turcotte, J.-N. Beaudry, P. Desjardins, R. A. Masut // Journal of Vacuum Science & Technology A. - 2004. - V.22. - P.1606

57. Sturge, M.D. Dynamics of intrinsic and nitrogen-induced exciton emission in indirect-gap Ga1-xAlxAs / M. D. Sturge, E. Cohen, R. A. Logan // Phys. Rev. B. -1983. - V.27. - P.2362

58. Lenchyshyn, L.C. Photoluminescence mechanisms in thin Si1-xGex quantum wells / L. C. Lenchyshyn, M. L. W. Thewalt, D. C. Houghton, J.-P. Noël, N. L. Rowell, J. C. Sturm, X. Xiao // Phys. Rev. B. - 1993. - V.47. - P.16655

59. Oueslati, M. Photoluminescence study of localization effects induced by the fluctuating random alloy potential in indirect band-gap GaAs1-xPx / M. Oueslati, M. Zouaghi, M. E. Pistol, L. Samuelson, H. G. Grimmeiss, M. Balkanski // Phys. Rev. B. -1985. - V.32. - P.8220

60. Buyanova, I.A. Mechanism for low-temperature photoluminescence in GaNAs/GaAs structures grown by molecular-beam epitaxy / I. A. Buyanova, W. M. Chen, G. Pozina, J. P. Bergman, B. Monemar, H. P. Xin and C. W. Tu // Appl. Phys. Lett. - 1999. - V.75. - P.501

61. Rudko, G.Y. Radiative recombination mechanism in GaNxP1-x alloys / G.Y. Rudko, I.A. Buyanova, W.M. Chen, H.P. Xin, C.W. Tu // Appl. Phys. Lett. - 2002. - V.81. -P.3984

62. Gungerich, M. Experimental and theoretical investigation of the conduction band edge of GaNxPi-x / M. Gungerich, P.J. Klar, W. Heimbrodt, G. Weiser, J.F. Geisz, C. Harris, A. Lindsay, E.P. O'Reilly // Phys. Rev. B. - 2006. - V.74. - P.241202

63. Izadifard, M. Evaluation of optical quality and defect properties of GaNxP1-xGaNxP1-x alloys lattice matched to Si / M. Izadifard, J.P. Bergman, I. Vorona, W.M. Chen, I.A. Buyanova, A. Utsumi, Y. Furukawa, S. Moon, A. Wakahara, H. Yonezu // Appl. Phys. Lett. - 2004. - V.83. - P.6347

64. Xin, H.P. GaInNAs/GaAs multiple quantum wells grown by gas-source molecular beam epitaxy / H. P. Xin, C. W. Tu // Appl. Phys. Lett. - 1998. - V.72. - P.2442

65. Wu, J. Effect of band anticrossing on the optical transitions in GaAs1-xNx/GaAs multiple quantum wells / J. Wu, W. Shan, W. Walukiewicz, K.M. Yu, J.W. Ager III, E.E. Haller, H.P. Xin, C.W. Tu // Phys. Rev. B. - 2001. - V.64. -P.085320

66. Geisz, J.F. Photocurrent of 1 eV GaInNAs lattice-matched to GaAs / J.F. Geisz, D.J. Friedman, J.M. Olson, S.R. Kurtz, B.M. Keyes // J. Cryst. Growth. - 1998. - V.195. -P.401

67. Kurtz, S.R. Minority carrier diffusion, defects, and localization in InGaAsN, with 2% nitrogen / S.R. Kurtz, A.A. Allerman, C.H. Seager, R.M. Sieg, E.D. Jones // Appl. Phys. Lett. - 2000. - V.77. - P.400

68. Physics and Applications of Dilute Nitrides / ed. by I. Buyanova, W. Chen. - New York.:Taylor& Francis, 2004.- 441p.

69. Fang, S.F. Gallium arsenide and other compound semiconductors on silicon / S. F. Fang, K. Adomi, S. Iyer, H. Morkoc, H. Zabel, C. Choi, N.Otsuka // Appl. Phys. Lett. -1990. - V.68. - P.31

70. Skierbiszewski, C. Large, nitrogen-induced increase of the electron effective mass in InyGa1-yNxAs1-x / C. Skierbiszewski, P. Perlin, P.Wisniewski,W. Knap, T. Suski, W.Walukiewicz, W. Shan, K.M. Yu, J.W. Ager, E.E. Haller, J.F. Geisz, J.M. Olson // Appl. Phys. Lett. - 2000. - V.76. - P.2409

71. Yu, K.M. Nitrogen-induced increase of the maximum electron concentration in group III-N-V alloys / K.M. Yu, W. Walukiewicz, W. Shan, J.W. Ager III, J. Wu, E.E. Haller, J.F. Geisz, D.J. Friedman, J.M. Olson, S.R. Kurtz // Phys. Rev. B. - 2000. -V.61. - P.13337

72. Walukiewicz, W. Intrinsic limitations to the doping of wide-gap semiconductors / W. Walukiewicz // Physica B: Physics of Condensed Matter. - 2001. - V.302. - P.123-134

73. Yu, K.M. Nitrogen-induced enhancement of the free electron concentration in sulfur implanted GaNxAs1-x / K.M. Yu, W. Walukiewicz, W. Shan, J. Wu, J.W. Ager III, E.E. Haller, J.F. Geisz, M.C. Ridgway // Appl. Phys. Lett. - 2000. - V.77. - P.2858

74. Yu, K.M. Increased electrical activation in the near-surface region of sulfur and nitrogen coimplanted GaAs / K.M. Yu, W. Walukiewicz, W. Shan, J. Wu, J.W. Beeman, J.W. Ager III, E.E. Haller // Appl. Phys. Lett. - 2000. - V.77. - P.3607

75. Yu, K.M. Mutual passivation of electrically active and isovalent impurities / K.M. Yu, W. Walukiewicz, J. Wu, D. Mars, D.R. Chamberlin, M.A. Scarpulla, O.D. Dubon, J.F. Geisz // Nat. Mater. - 2002. - V.1. - P.185

76. Wu, J. Mutual passivation effects in Si-doped diluted InyGa1-yAs1-xNx alloys / J. Wu, K.M. Yu, W. Walukiewicz, G. He, E.E. Haller, D.E. Mars, D.R. Chamberlin // Phys. Rev. B. - 2003. - V.68. - P.195202

77. Li, J. Mutual Passivation of Donors and Isovalent Nitrogen in GaAs / J. Li, P. Carrier, Wei Su-Huai, Li Shu-Shen, Xia Jian-Bai // Phys. Rev. Lett. - 2006. - V.96. -P.035505

78. Li, J. Mutual Passivation of Donors and Isovalent Nitrogen in GaAs / J. Li, P. Carrier, Wei Su-Huai, Li Shu-Shen, Xia Jian-Bai // Phys. Rev. Lett. - 2006. - V.96. -P.035505

79. Kunert, B. First demonstration of electrical injection lasing in the novel dilute nitride Ga(NAsP)/GaP material system / B. Kunert, S. Reinhard, J. Koch, M. Lampalzer, K. Volz, W. Stolz // phys. stat. sol. (c). - 2006. - V.3. - P.614-618

Dilute Nitride Semiconductors / ed. by M. Henini.-Oxford.:Elsevier, 2005 - 451p.

80. Ohlsson, B.J. Anti-domain-free GaP, grown in atomically flat (001) Si sub-^m-sized openings / BJ Ohlsson, J-O Malm, Anders Gustafsson, Lars Samuelson // Appl. Phys. Lett. - 2002. - V.80. - №.24. - P.4546-4548

81. Ishizaka, A. ow Temperature Surface Cleaning of Silicon and Its Application to Silicon MBE / A.Ishizaka, Y.Shiraki // J. Electrochem. Soc. - 1986. - V.133. - №.4. -P.666

82. В.А. Иошкин, А.А. Орликовский, С.Р. Октябрьский, А.В. Квит, Е.Ю. Довыденко // Труды ФТИАН. - 1994. - Т.8. - с.58

83. Нанотехнология: физика, процессы, диагностика, приборы / Под ред. Лучинина В.В., Таирова Ю.М. - М:ФИЗМАТЛИТ, 2006. - 552 с.

84. Yamane, K. Growth of pit-free GaP on Si by suppression of a surface reaction at an initial growth stage / K. Yamane, T. Kobayashi, Y. Furukawa, H. Okada, H. Yonezu, A. Wakahara // Journal of Crystal Growth. - 2009. - V.311. - №.3. - P.794-797

85. Takagi, Y. Generation and suppression process of crystalline defects in GaP layers grown on misoriented Si(1 0 0) substrates / Y. Takagi, H. Yonezu, K. Samonji, T. Tuji, N. Ohshima // Journal of Crystal Growth. - 1998. - V.187. - №.1. - P.42-50

86. Путято, М.А. Кристаллическое совершенство пленок GaP, выращенных методом молекулярной эпитаксии на подложках Si с использованием атомарного водорода / М.А. Путято, Ю.Б. Болховитянов, А.П. Василенко, А.К. Гутаковский // Физика и техника полупроводников. - 2009. - Том.43. - Вып.9. - P.1275-1279

87. Furukawa, Y. Growth of Si/III-V-N/Si structure with two-chamber molecular beam epitaxy system for optoelectronic integrated circuits / Y.Furukawa, H.Yonezu, A.Wakahara, S.Ishiji, S.Y.Moon, Y.Morisaki // Journal of Crystal Growth. - 2007. -V.300. - №.1. - P.172-176

88. Румянцев, О.И. Исследование дефектов в гетероструктурах с квантовыми ямами GaPAsN и GaPN в матрице GaP / О.И. Румянцев, П.Н. Брунков, Е.В. Пирогов, А.Ю. Егоров // Физика и техника полупроводников. - 2010. - Том.44. -Вып.7. - С.923-927

89. Utsumi, A. Increase in luminescence efficiency of GaPN layers by thermal annealing / A. Utsumi, H. Yonezu, Y. Furukawa, K. Momose, K. Kuroki // phys. stat. sol. (c). - 2003. - V.0. - №.7. - P.2741-2744

90. Chamings, J. Physical properties and efficiency of GaNP light emitting diodes / J. Chamings, S. Ahmed, S. J. Sweeney // Appl. Phys. Lett. - 2008. - V.92. - P.021101

91. Dagnelund, D. Formation of grown-in defects in molecular beam epitaxial Ga(In)NP: Effects of growth conditions and postgrowth treatments / [D. Dagnelund, I. A. Buyanova, X. J. Wang, W. M. Chen, A. Utsumi, Y. Furukawa, A. Wakahara, H. Yonezu // Appl. Phys. Lett. - 2008. - V.103. - P.063519

92. Одноблюдов, В.А. Термодинамический анализ роста тройных соединений GaAsN методом молекулярно-пучковой эпитаксии / В.А. Одноблюдов, А.Р. Ковш,

А.Е.Жуков, Н.А. Малеев, Е.С. Семенова, В.М. Устинов // Физика и техника полупроводников. - 2001. - Том.35. - Вып.5. - С.554-559

93. Pulzara-Mora, A. Study of the structural and optical properties of GaPN thin films grown by magnetron RF sputtering / A.Pulzara-Mora, M.Melendez-Lira, S.Jimenez-Sandoval, M.Lopez-Lopez // Vacuum. - 2006. - V.80. - №.5. - P. 468-474

94. Thomas, D.G. Isoelectronic Traps Due to Nitrogen in Gallium Phosphide / D.G. Thomas, J.J. Hopfield, C.J. Frosch // Phys. Rev. Lett. - 1965. - V.15. - P. 857

95. Егоров, А.Ю. Оптические свойства четверных полупроводниковых твердых растворов GaNxAsyP1-x-y / А.Ю. Егоров, Н.В. Крыжановская, Е.В. Пирогов, М.М. Павлов // Физика и техника полупроводников. - 2010. - Том.44. - Вып.7. - С.554-559

96. Крыжановская, Н.В. Исследование структурных и оптических свойств слоев GaP(N), синтезированных методом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложках Si(100) 4o / Крыжановская Н.В., Полубавкина Ю.С., Неведомский В.Н., Никитина Е.В., Лазаренко А.А., Егоров А.Ю., Максимов М.В., Моисеев Э.И., Жуков А.Е. // Физика и техника полупроводников. - 2017. - Том.51. - Вып.2. -С.276-280

97. Соболев, М.С. Молекулярно-пучковая эпитаксия GaP на подложке Si / М.С. Соболев, А.А. Лазаренко, Е.В. Никитина, Е.В. Пирогов, А.С. Гудовских, А.Ю. Егоров // Физика и техника полупроводников. - 2015. - Том.49. - Вып.4. - С.569-572