Получение и исследование слоев нитрида галлия и алюминия методом хлорид-гидридной эпитаксии для приборов электроники и оптоэлектроники тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.07, кандидат наук Шарофидинов, Шукрилло Шамсидинович

• Шарофидинов, Шукрилло Шамсидинович
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Шарофидинов, Шукрилло Шамсидинович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава I ШИРОКОЗОННЫЕ III- НИТРИДНЫЕ (GaN, AlN) СЛОИ

1.1 Проблемы, возникающие при использовании подложек Si, и различные пути их решения

1.2 Возникновение деформации в структуре GaN/Si

1.3. Основные методы получения GaN/Si структур

1.4 Основные способы получения cracks-free GaN слоев на Si подложке методом MOCVD и MBE

1.5 Основые методы получения GaN/AlN/ SiC/Si структур

1.6 Приборы на основе III-нитрдых слоев на подложке Si

1.6.1 Транзисторы

1.6.2 Газовые сенсоры

1.6.3 Светодиоды

1.6.4 УФ-фотоприёмники

1.6.5 Неполярные и полуполярные GaN структуры

Выводы по главе I

Глава II ХЛОРИД - ГИДРИДНАЯ ЭПИТАКСИЯ СЛОЕВ GaN, AlN НА ПОДЛОЖКЕ Si(111)

2.1 Описание экспериментальной установки ХГЭ (HVPE)

2.1.2 Системы газораспределения, нагрева и регулирования температурного режима

2.1.3 Методика проведения экспериментов

2.2 Метод эпитаксии SiC/Si структур

Выводы по главе II:

Глава III РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ЭПИТАКСИАЛЬНОГО РОСТА

СТРУКТУР GaN/AlN/Si(111)

3.1 Концепция, базирующаяся на замене в процессе роста атмосферы водорода на атмосферу аргона

3.2 Экспериментальная проверка концепции

3.3 Структурные и люминесцентные свойства GaN/Si

3.4 АСМ исследования структур GaN/Si(111)

3.5 Исследование эпитаксиальных слоев GaN, выращенных на 2-х дюймовой подложке Si (111)

3.5.1 Технология получения слоев GaN

3.5.2 Фотолюминесцентные исследования

3.5.3 Исследование однородности

3.5.4 Ренгенодифракционные измерения

3.6 Подавление генерации трещин при эпитаксии GaN на Si(111) путем использования AlN/GaN промежуточных слоев

3.6.1 Оценка тангенциальных напряжений GaN/Si структур методом Рамановской спектроскопии

3.6.2 Исследование возникновения трещин в GaN/AlN/Si структурах

3.7 Эпитаксиальный рост слоев GaN на подложке Si(100) в полуполярном направлении

Выводы по главе III

Глава IV ХЛОРИД - ГИДРИДНАЯ ЭПИТАКСИЯ НИТРИДА АЛЮМИНИЯ И ГАЛЛИЯ НА Si: ВЛИЯНИЕ SiC СЛОЯ

4.1. Эпитаксия AlN на Si: применение промежуточного SiC слоя

4.1.1 Подавление процесса образовании трещин A1N/3C-SiC/Si(111)

4.1.2 Экспериментальные результаты

4.2. Нитрид галлия на Si: применение промежуточного SiC слоя

4.2.1 Роль промежутояных слоев a-SiC-0-SiC при эпитаксиальном росте нитрида галлия

4.2.2 SiC/Si(111) структура

4.2.3 AlN/SiC/Si(111) структура

4.2.4 Нитрид галлия на SiC/Si(111) структуре

4.3 Рост толстых слоев GaN на темплейте AlN/ Si(111), выращенный методом MOCVD

4.4 ХГЭ технология роста ß-Ga2O3

Выводы по главе IV

Глава V ЭЛЕКТРОННЫЕ И ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ НА ОСНОВЕ СЛОЕВ AlN И GAN

5.1 Матрицы поверхностно-барьерных диодов на основе эпитаксиального нитрида галлия

5.2 Исследование пироэффекта в AlN-слоях и изучение возможности его применения для создания высокотемпературных пирометрических сенсоров

Выводы по главе V

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

Список цитированной литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Получение и исследование слоев нитрида галлия и алюминия методом хлорид-гидридной эпитаксии для приборов электроники и оптоэлектроники»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы

Светодиоды и лазерное диоды, изготавливаемые на основе Ш-нитридных ^аК, АШ, 1пК) материалов и широко применяемые в современных оптико -электронных приборах и комплексах, в настоящее время получают преимущественно с использованием подложек сапфира (А1^3) и карбида кремния ^С). В последнее время появляются разработки, в которых для изготовления оптико-электронных приборов на основе GaN предлагается использование кремниевых подложек. Интерес к получению таких

приборных структур обусловлен перспективами интеграции оптико-электронных компонентов с кремниевой электроникой и возможностью использования Si подложек больших размеров (диаметр 200 мм и более), что существенно снижает затраты при производстве интегрированных оптико -электронных приборов и комплексов.

Однако, при изготовления качественных оптико-электронных приборов на Si подложках возникают сложности, связанные с большим отличием постоянной решетки (16%) и коэффициента термического расширения вюрцитного GaN от соответствующих параметров подложки Si (в 1,5 раза). Это является причиной возникновения заметных деформаций, высокой плотности дефектов различной природы и трещин. Для преодоления этих трудностей при создании GaN/Si- и AlN/Si- приборных структур существуют несколько подходов: нитридизация и карбонизация поверхности кремния; использование промежуточных (буферных) слоев и применение технологии эпитаксиальных слоев на предварительно созданных террасах на ростовой поверхности.

Главная задача Ш-нитридной электроники и оптоэлектроники при создании приборов для массового применения, в первую очередь светодиодов, -это снижение их стоимости за счет интеграции с другими компонентами электроники, что может быть достигнуто с использованием подложек Si. По прогнозам компании Аг2игго доля светодиодов на основе кремния к 2020 году

составит 40% рынка. Доступность качественных подложек кремния и темплейтов на его основе в сочетании с технологией хлорид-гидридной эпитаксии (ХГЭ), которая не требует дорогих компонентов, в отличие от технологий молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ) и газофазной эпитаксии с использованием металлоорганических соединений и гидридов (МГЭ), делают эту задачу особенно актуальной. Цель и задачи работы

Цель работы - исследование методов и процессов, которые могут быть положены в основу создания оптико-электронных приборов, систем и комплексов, в частности, разработка методов ХГЭ роста толстых (>10 мкм) высококачественных слоев AlN и GaN для создания приборов электроники и оптоэлектроники на их основе.

Для достижения этой цели в диссертации решались следующие задачи:

1. ХГЭ осаждение слоев AlN приборного качества для выяснения механизмов зарождения слоев на подложке Si (111) и нано-SiC/Si (111) темплейте;

2. Изучение методов и процессов роста слоев GaN на подложке Si, которые могут быть применены при изготовлении светодиодов, с использованием AlN/Si (111), AlN/нано-SiC (100) и AlN/нано-SiC/Si (110) темплейтов;

3. Исследование структурных и оптических свойств слоев GaN, выращенных на Si-подложке с AlN и AlN/нано-SiC буферными слоями и доказывающих их применимость в оптико-электронных приборах и комплексах;

4. Изучение механизмов роста приборных структур AlN и GaN на подложках нано-SiC/Si (111), SiC/Si (100) и SiC/Si (110) для получения диодов с барьером Шоттки и пирометрических сенсоров;

5. Исследование электрофизических параметров и характеристик полученных оптико-электронных приборных структур.

Научная новизна работы 1. Установлено, что в рамках ХГЭ метода использование композиционных промежуточных слоев AlN/GaN, предварительно выращенных на подложке Si

(111), позволяет получать слои GaN толщиной до 20 мкм, структурное совершенство которых не уступает слоям, выращенными с использованием методов МПЭ и МГЭ, что гарантирует успешное применение таких материалов при интегрировании оптико-электронных приборов с кремниевой электроникой.

2. Показано, что использование темплейтов с буферным слоем нано-БЮ, полученного новым методом замещения атомов, позволяет выращивать на подложке Si (111) слои АШ и GaN приборного качества.

3. Продемонстрирован новый процесс эпитаксиального роста полуполярного GaN, который подходит для изготовления лазерных диодов видимого оптического спектра, на кремнии, например, в ориентации плоскостей (1012), (1013), (2023) и (1124) заключающийся в предварительной химической подготовке и химической модификации поверхности подложки для получения определенным образом ориентированного слоя АШ.

4. Предложена новая концепция получения темплейта GaN/AlN/Si для оптико-электронных приложений, согласно которой синтез АШ слоя предпочтительно осуществлять в водороде, а синтез слоя GaN - в атмосфере инертного газа.

5. Продемонстрировано, что люминесцентные характеристики слоев GaN отчетливо показывают зависимость от температуры роста слоя: увеличение температуры приводит к уменьшению параметра полуширины кривой качания то кристаллической структуры GaN и к увеличению отношения интенсивности полосы донорно-акцепторной люминесценции к интенсивности полосы экситонной люминесценции.

6. Установлено, что разброс значений структурных и люминесцентных параметров по площади слоя GaN, выращенного на двухдюймовой подложке Si (111), не превышает 15%, что является допустимым показателем для интегрированных с Si оптико-электронных приборов.

7. На выращенных слоях GaN на темплейте нано^С^ была получена приборная структура диода Шоттки, а на толстых слоях АШ (до 15 мкм),

выращенный на подложках Si(111) и 4Н^С, был получен чувствительный элемент для пиродатчиков.

Теоритическая и практическая значимость работы

1. Исследование и разработка новых методов и процессов получения методом ХГЭ слоев GaN и АШ на подложке Si, содержащей предварительно полученный слой SiC, позволило разработать практическую методику создания GaN/AlN/нано-SiC/Si (111) темплейтов с толстым (> 10 мкм) слоем GaN, структурное совершенство которого не уступает слоям, выращенным другими методами, и подходит для интеграции полупроводниковых оптико-электронных приборов в кремниевые технологии.

2. Изучение закономерностей эпитаксиального роста слоев АШ и GaN в водороде и среде инертного газа позволило предложить методику роста GaN/AlN слоев на подложке Si, предполагающую на определенном этапе замену водородной атмосферы (рост АШ) на инертную (рост GaN), что улучшает качество получаемых Ш-нитридных слоев на Si.

3. Исследование структурных и люминесцентных характеристик GaN на Si с АШ-буферным слоем способствовало получению толстых (> 10мкм) слоев, выращиваемых в полуполярном направлении на плоскости (1013). Полуширина кривой качания то для лучших слоев такого типа составляет 30 угл. мин., что достаточно для формирования на таких темплейтах оптико-электронных приборов различного назначения.

4. Оптимизация режимов получения полуполярного GaN с ориентацией (1013), (2023) и (1124) позволила реализовать процесс со значительным уменьшением плотности проникающих дислокаций, что дало возможность получить матрицы поверхностно-барьерных диодов с небольшим разбросом параметров вольтамперных характеристик (ВАХ).

Имеется акт о внедрении результатов диссертации в ООО «Новые Кремневые Технологии» при разработке технологий получения объемных толстых слоев АШ, GaN и их твердых растворов (АЮа^.

Методология и методы исследования

Для выяснения картины формирования эпитаксиального слоя GaN и оценки качества получаемых приборных темплейтов SiC/Si, AlN/SiC/Si и GaN/AlN/SiC/Si, использовались методы рентгеновской дифрактометрии, фотолюминесценции, рамановской спектроскопии, атомно-силовой и сканирующей электронной микроскопии.

Рентгеноструктурная диагностика оптико-электронных материалов осуществлялась на двухкристалльном спектрометре на базе установки ДРОН-3. Измерения микро-рамановских спектров проводились при комнатной температуре на спектрометрической установке T64000 производства фирмы Horiba.

Концентрация и распределение электрически активных примесей в выращенных приборных слоях определялось из вольт-фарадных характеристик (C-V) с использованием ртутного зонда. Измерения фотолюминесценции проводились с помощью спектрометра Ocean Optics USB4000-UV-VIS. Морфология поверхности и сколь образцов исследовались с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) Zeiss Supra 25 и атомно-силового микроскопа (АСМ) производства компании NT-MDT.

Представляемые к защите научные положения

Положение I

Оптимальные параметры роста для темплейтов GaN/AlN/Si (111), обеспечивающие приборное качество рабочего слоя для интегрированных с Si оптико-электронных приборов: температура роста Т = 1000 °С, газ-носитель Ar.

Положение II

Исследование зависимости процессов получения GaN- и AlN-слоев приборного качества от температуры, а также от соотношения парциальных давлений NH3 и GaCl3 (AlCl3), позволяет выявить область параметров, обеспечивающих скорости роста слоя v = 50 ^ 60 мкм/час для GaN и v = 30 мкм/час для AlN.

Положение III

При получения слоев GaN и AlN приборного качества на предварительно карбонизированной поверхности подложки Si порог процесса интенсивного зарождения и развития микротрещин отодвигается, по крайней мере, до толщины 20 мкм, что позволяет получить полуполярные и неполярные слои GaN и AlN с хорошим кристаллическим качеством, пригодным для интеграции оптико-электронных приборов и комплексов в кремниевую технологию.

Положение IV

Получена структура поверхностно-барьерного диода (диода Шоттки) на основе выращенных полуполярных слоев GaN на плоскостях (2023) и (1124), а также получен и исследован чувствительный термоэлемент на основе гетероструктур AlN/Si и AlN/SiC-4H.

Личный вклад соискателя состоит в самостоятельной сборке и наладке установки хлорид-гидридной эпитаксии (ХГЭ), формулированию ряда технологических задач по отработке новых методик и проведению процессов получения слоев и многослойных оптико-электронных приборных структур, а также в проведении измерений и анализе полученных результатов. Выявлены оптимальные режимы для достижения высоких скоростей роста и продемонстрировано получение GaN диодов и AlN пирометрических сенсоров на основе структур, выращиваемых на базе кремния.

Достоверность результатов работы обоснована результатами, полученными в ходе многочисленных воспроизводимых экспериментов, применением современных взаимодополняющих научных методов исследования и согласованием с результатами других исследований, которые опубликованы в научных рецензируемых журналах.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы были доложены на следующих конференциях:

1. 4-я Всероссийская конференция «Нитриды галлия, индия и алюминия -структуры и приборы», Санкт-Петербург, 3-5 июня 2005.

2. 6th International conference on Nitride Semiconductors, Bremen, Germany, August 28-September 2, 2005.

3. 8th International Workshop on Expert Evaluation & Control of Compound Semiconductor Materials & Technologies (EXMATEC) at Cadiz, Spain, 14 -17 May, 2006.

4. 5-я Всероссийская конференция «Нитриды галлия, индия и алюминия -структуры и приборы», Москва, 31 января-02 февраля 2007.

5. 7-я Всероссийская конференция «Нитриды галлия, индия и алюминия -структуры и приборы», Москва, 1 - 3 февраля 2010.

6. 15th International Workshop on Inorganic and Organic electroluminescence & 2010 International conference on the Science and Technology of emissive displays and lighting, Hong Kong, 28 September-01 October 2010.

7. 8-я Всероссийская конференция «Нитриды галлия, индия и алюминия: структуры и приборы», Санкт-Петербург 26 - 28 мая 2011 г.

8. Международная молодёжная конференция по физике, Санкт-Петербург, 01-03 ноября 2016.

9. 11-я Всероссийская конференция «Нитриды галлия, индия и алюминия: структуры и приборы», Москва, 01-03 февраля 2017.

10. International conference «Sixth European Conference on Crystal Growth», Varna, Bulgaria, 16-20 September 2018.

Публикации по теме диссертации

По теме диссертации опубликовано 16 статей в рецензируемых научных российских и международных изданиях; список статей приведен в конце автореферата. Имеется поданная заявка на патент РФ. Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованной литературы. Общий объем диссертации составляет 149 страниц,

в том числе 64 рисунка и 15 таблиц. Список использованной литературы включает в себя 161 наименований.

Глава I ШИРОКОЗОННЫЕ III- НИТРИДНЫЕ (GaN, AlN) СЛОИ

Важные исторические даты развития технологии и приборов на основе полупроводников группы III-нитридов представлены в таблице 1.

Таблица 1 Основные исторические даты развития полупроводников группы III-нитридов

Год Название ссылка

1969 GaN by HVPE on sapphire [2]

1971 LED by HVPE on sapphire GaN by MOCVD on sapphire and SiC [3] [4]

1989 p-type Mg-doped GaN and p-n-junction LED [5]

1992 AlGaN/GaN 2DEG by MOCVD on sapphire [6]

1994 InGaN/AlGaN Double-Heterostructure blue LEDs [7]

1995 AlGaN/GaN HEMT by MBE on sapphire [8]

1996 First blue laser diode [9]

1997 AlGaN/GaN HEMT on SiC [10]

1998 InGaN/GaN LED by MBE on Si [11]

1999 InGaN/GaN LED by MOCVD on Si [12]

2000 AlGaN/GaN 2DEG by MOCVD on Si [13]

2001 AlGaN/GaN HEMT by MBE on Si [14]

2003 Laser activity in MOCVD grown InGaN/GaN MQW on Si by optical pumpihg [15]

2006 Wurtzite GaN nanocolumns grown on Si(001) by MBE [16]

2010 InGaN/GaN LED by MOCVD on 150 mm Si [17]

2012 AlGaN/GaN HEMT on 8-Inch Si(111) by MOCVD [18]

2015 LED on GaN (20-23) on Si by MOVPE [19]

2017 GaN Schottky MSM UV Photodetectors on Si [20]

1.1 Проблемы, возникающие при использовании подложек 81, и различные пути их решения

Электронные и оптоэлектронные приборы, которые создаются на основе ОаК, в основном производятся на подложках сапфира (А1203) и карбид-кремния (Б1С). Но серьезным препятствием при создании приборов на этих подложках, является, высокая стоимость подложек из Б1С и низкая проводимость А1203. По сранению с этими подложками, подложки обладают хорошей проводимостью, большими размерами и низкой стоимостью. И эти преимущества делают подложки более привлекательными по отношению к подложкам А1203 и Б1С. Поэтому в последние годы подложки являются предметом исследований многих ученых по всему миру, поскольку основной сегмент электроники в настоящий момент составляет (около 80%).

Одним из недостатков использования кремния в качестве подложки при эпитаксии на нем ОаК, является различие постоянных решетки и коэффициентов термического расширения между слоем и Это создаёт проблемы при создании приборов на основе этих подложек. Эпитаксиальный рост ОаК на кремнии без применения промежуточных слоев, является причиной возникновения трещин и появления дефектов, а также упругих деформаций. Получение р-GaN [21] затрудняется из-за существенного легирования слоя ОаК донорами, которое возникает при реакции с КИ3 при Т > 900 °С. Существующие способы решения этих недостатков:

1. Нитридизация. Под нитридизацией поверхности подразумевается выращивание нанометрового слоя Б1Кх, который получают при пропускании потока КИ3 через поверхность подложки при высокой температуре. Например, чтобы существенно снизить плотность дислокаций в слое ОаК при выращивании на подложке 6И-81С применяются нескольких промежуточных слоев [22]. Как показано в работе [23], нанесение монослоев АШ понижает барьер нитридизации, а образование буферного слоя АШ с толщиной в несколько

нанометров после нитридизации улучшает качество поверхности последующего слоя GaN [24]. Например, при выращивании нитрида галлия на SiC предварительное осаждение тонкого слоя AlN существенно улучшает качество последующего GaN слоя [25].

2. Использование промежуточных слоев. В настоящее время различные промежуточные слои находят свое применение в подавлении образования трещин и снижении уровня деформации эпитаксиального слоя GaN, которые были сформированы на подложке кремния при выращивании GaN на кремнии методом МПЭ (MBE) в качестве буферного слоя применяли HfN [26], МОГФЭ (MOCVD) - ZrB2 [27] а при создании GaN методом магнетронного распыления -слой ZnO [28]. Было показано, что в технологии MOCVD использование четверных твердых растворов InAlGaN в качестве буферных слоев позволило получить GaN на Si(111) толщиной 1 мкм без трещин (crack-free) [29], а применение в качестве буферных градиентных тонких слоев AlGaN дало возможность увеличения толщины до 2 мкм crack-free GaN слоев [30]. Однако опыты показывают, что увеличение толщины буферного слоя приводит к снижению качества выращиваемых слоев GaN. На основании этого, предложен метод роста буферных слоев, заключающийся в поочередном росте слоев AlN и GaN от 3 до 15 пар [31]. При помощи этого способа в работе [32] были получены слои GaN без трещин, где были последовательно выращены слои AlN и GaN с толщиной 120 нм и 250 нм во время эпитаксии GaN на Si методом MBE. 3 Карбонизация поверхности кремния. Слои SiC используются для подавления образования трещин из-за малого различия между параметрами решётки у SiC и GaN (3%). Если предварительно сформировать тонкий (нанометровый) слой SiC методом карбонизации поверхности кремния, а затем вырастить на нём слой GaN методом MOCVD, то он может обладать полушириной кривой рентгеновской дифракции GaN(0002) (FWHM of X-ray) Юе ~ 360 угл.сек. [33]. В недавней работе [34] сообщается о результатах получения нескольких слоёв с различными характеристиками. Например, методом MOCVD, чтобы получить

слои ОаК без трещин и дефетов на Si подложке, предварительно были выращены буферные слои 3С-Б1С и АШ на в последовательности. Слой 3С-Б1С был получен методом твердофазной эпитаксии.

4. Использование сверхрешетки для уменьшения дислокаций. Плотность дислокаций можно уменьшить, если в качестве буферного слоя использовать большое количество тонких слоёв ОаК, АШ - слой типа "сверхрешётка" [35].

1.2 Возникновение деформации в структуре СаШ81

При росте нитрида галлия на подложке кремния возникают трещины, которые обусловлены большими различиями в постоянных решётки и коэффициентах термического расширения. Эксперименты показывают, что в ОаК/Б1 структурах всегда возникают трещины при толщинах более ~1 мкм [36]. Теоретические оценки показывают, что тангециальные напряжения охх в ОаК эпитаксиальных слоях, выращенных на 81(111), приводят к образованию трещин, когда толщина слоя превышает критическое значение Ьсг^ [37]:

* 2 Исг^ =ГЕ /Ъа ,

Е*=Е/(1-у2),

где Е - модуль Юнга, V = 0,18 [38] - коэффициент Пуассона, у = 1,97 [39] -поверхностная энергия ОаК, Ъ = 1,976 для однородного слоя ОаК, Г = 2у -параметр сопротивления слоя, который определяется по величине жёсткости Иу (для ОаЫ = 12 ГПа, = 9 ГПа, Б1С = 33 ГПа [40]).

При выращивании ОаК на кремнии, где использовался буферный слой АШ с толщиной 100 нм, величина критической толщины составила ~ 250 нм, а при использовании АЮаК буферного слоя толщина увеличилась до 1 мкм [37].

Во время охлаждения гетероструктуры при появлении напряжений не происходит возникновения новых трещин [41]. При понижении температуры от ростовой до комнатной при охлаждении структуры ОаК/Б1 величина напряжений

ода, вызванных этим процессом, составляет 0.45 ГПа для структуры GaN/Si с толщиной слоя 15 мкм и толщиной подложки 500 мкм.

Экспериментальные оценки величины упругих напряжений методом Рамановской спектроскопии составили ~ 0,4 ГПа. Исходя из этого можно сделать вывод о том, что в слоях ОаК остаточные упругие напряжения возникают из-за термических напряжений, которые обусловлены охлаждением слоя от ростовой температуры до комнатной.

При толщине выращиваемого слоя ОаК достаточно большой по сравнению с толщиной подложки возникающие термические напряжения могут привести к изгибу слоя ОаК При эпитаксии слоя ОаК на подложке чтобы предотвратить трещинообразование, связанное различием параметров решёток и термического расширения, используется промежуточный буферный слой АШ. В таких условиях роста слоя ОаК трещины будут подавляться в буферном слое.

При выращивании слоёв АШ и ОаК разной толщины можно учитывать условия, в которых при росте чередующих тонких слоёв снятие напряжений будет происходить после роста слоя АШ только в буферных слоях ОаК, так как величины жёсткости и сопротивляемости для ОаК меньше, чем для АШ.

Это является одним из возможных путей подавления возникновения трещин в основном слое ОаК, в котором учитываются критические толщины (hci.it) чередующихся слоёв АШЮаК, причём различие жёсткости и сопротивляемости АШ и ОаК должно учитываться в соотношении толщин

В работе [43] применение сверхрешёток АШ/ОаК в качестве шаблонов являлось одним из возможных методов подавления возникновения трещин и снижения дефектов в слое, а также метод бокового разращивания [44] и применение рисунка - шаблона на поверхности подложки Si [45]. Авторы [45] показали, что, как и при эпитаксии ОаК на сапфировой подложке, так и при росте слоя ОаК на Si подложке использование террас с размерами от 17 до 120 мкм позволяет улучшить качество ОаК

1.3. Основные методы получения Са^81 структур

Первой и основной проблемой остается разработка технологии слоев нитрида галлия на кремниевой подложке без трещин, и поэтому в настоящее время в основном предпринимаются усилия для получения упруго деформированных структур и приборов на их основе. Упруго деформированные структуры выращиваются методами МОСУО и МВЕ. Второй проблемой остается получение качественных толстых (>10 мкм) слоев и в этом направлении предпринимаются попытки либо осуществить снятие деформации на гетерогранице с подложкой и затем отделить рабочую область прибора от гетерограницы путем выращивания толстого (>100 мкм) буферного слоя ОаК, либо снизить уровень деформации в слое за счет применения различного рода комбинаций относительно толстых переходных слоев (например, ОаК/АШ). Толстые слои позволяет выращивать метод хлоридной газофазной эпитаксии (ХГЭ), который успешно используется для получения слоев GaN на сапфировой подложке. В последнее время существенно возрос интерес к использованию этого метода для получения квази-объемного материала с использованием сапфировых подложек, и, естественно, можно полагать, что использование кремниевой подложки имеет перспективы, поскольку существенно упрощает по сравнению с сапфиром процесс удаления исходной подложки. Однако пока толстых слоев ОаК с хорошим качеством на подложке получить не удалось. Сравнение полуширины кривой рентгеновской дифракции (Е"^НМ) юе ОаК слоя, полученного различными методами (таблица 2) позволяет утверждать, что слои с меньшим значением юе были получены методами МОСУО (толщина 5 мкм) и ХГЭ(ИУРЕ) (толщина 15-20 мкм) и с использованием метода карбонизации поверхности

Как известно, количество дефектов в эпитаксиальных слоях нитрида галлия на сапфировой подложке уменьшается с увеличением толщины слоя, например, при эпитаксиальном росте методом ХГЭ (БУРЕ) слоя ОаК на сапфировой подложке количество дефектов уменьшается на 3 порядка при

увеличении толщины до 60 мкм от интерфейса [53]. Поэтому, можно предположить, что и в эпитаксиальных слоях нитрида галлия на кремниевой подложке эта закономерность сохранится.

Таблица 2 Сравнение ОаК^, полученных различными методами

Ссылка Метод роста Струкура Ю0, угл. мин. Толщин а ОаК слоя, мкм FWHM фл, мэВ Плотность дислокаци - -2 и, см

[46] NH3-GSMBE GaN/AlN/GaN/Si(111) 15 ~1

[47] Rf-MBE GaN/3C-SiC/Si(001) <220нм 238 (77K)

[48]] Rf-MBE carbonization GaN/SiC/Si(111) 20 нм 109 (77К)

[28] ZnO-RF-sputter. GaN-MOCVD GaN/ZnO/Si(001) 13.2

[29] MOCVD GaN/InAlGaN/Si(111) 18 ~1

[17] MOCVD GaN/AlN/GaN/Si(111) ~ 6 5.4

[49] MOCVD GaN/HT-AlN/LT-AlN/Si(111) ~7 0.5

[50] HVPE GaN/AlN/Si(111) ~7 15-20 48(77K) 3 108

[51] HVPE/MBE GaN/AlN/Si(111) 13.7 64(50K) 9 109

[52] MOCVD GaN/AlN/GaN/Si3N4/S(1 11) 60(300K ) 5 109

[33] SiC- carbonization GaN-MOCVD GaN/SiC/Si(111) 6-9 ~2 144 (300K)

1.4 Основные способы получения cracks-free GaN слоев на Si подложке методом MOCVD и MBE

На рисунках 1-4 представлены основные способы получения GaN слоёв без трещин на кремниевой подложке, изображённые в виде комбинаций основных и буферных слоёв: 2,5 мкм толщина слоев без трещин, выращенных методом MOCVD, 2,3 мкм толщина слоев без трещин, выращенных методом MOCVD, 2 мкм толщина слоев без трещин, выращенных методом MOCVD.

Рисунок 1 Схематическое изображение эпитаксии GaN на Si(111) используя AlN/GaN сверхрешетку как промежуточные слои [54]

Рисунок 2 Схематическое изображение InGaN/GaN-светодиодной структуры, выращенный методом MOCVD на подложке Si(001) [55]

Рисунок 3 Схематическое изображение эпитаксиальной ОаК на Si(111) с толщиной 2 мкм, полученной методом МОСУБ, где используется ЗС^С

промежуточные слои [56]

а)

б)

Рисунок 4 а) Схематическое изображение эпитаксии GaN на Si(111), где используется градиентный AlGaN промежуточный слой [57], б) с

использованием InGaN [58]

Основной вывод обзора по технологии «cracks-free» GaN слоев на Si подложке можно сформулировать так:

- полученная путем использования буферных слоев GaN/AlN типа "сверхрешетка", либо с использованием граудированного AlGaN слоя, максимальная толщина «cracks-free» слоев не превышает 5,4 мкм;

- нет данных о получении более толстые cracks-free слоев;

- нет данных о получении cracks-free GaN слоев на Si методом ХГЭ (HVPE). Отметим, что InGaN/GaN светодиоды были созданы с использованием 2,3

мкм «cracks-free» слоев с использованием AlN/GaN промежуточных слоев на Si (001) подложке методом MOCVD (рисунок 2).

1.5 Основые методы получения GaN/AlN/ SiC/Si структур

В сегодняшнее время различные исследователькие группы использу слои SiC на Si с различьными толщинами, для получения на них слоев GaN. Использование слоев той или иной толщины зависит от типа приборов, в которых данные пленки применяются:

1. Использование «тонких» (< 0,5 мкм) слоев SiC. Сотрудники фирмы Toshiba Ceramics Co. показали, что при выращивании GaN на кремнии использование промежуточных "тонких" слоев 3^SiC приводит к уменьшению упругих напряжений в слоях нитрида галлия [59], также было продемонстрировано новое направление в применении карбида кремния на кремниевой подложке в качестве промежуточных слоев. Обнаружено, что использование 3C-SiC промежуточных слоев толщиной 1000 нм на подложках Si(100), разориентированных в направлении [110] позволят выращивать слои

полуполярного - GaN (10-12) нитрида галлия - перспективного для применения при создании ультрафиолетовых лазеров и светодиодов [60].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шарофидинов, Шукрилло Шамсидинович, 2018 год

Список цитированной литературы

[1] С.А.Кукушкин, А.В.Осипов / Новый метод твердофазной эпитаксии карбида кремния на кремнии: модель и эксперимент/ ФТТ. - 2008. - Т. 50. С.1188 - 1195.

[2] H.P.Maeuska and J.J.Tietjen / The preparation and properties of vapor-deposited single-crystal-line GaN// Appl.Phys.Lett. 15, 327 (1969).

[3] .I.Pankove, E.A.Miller and J.E.Berkeyheiser / GaN electroluminescent diodes //RCA Review. - 1971. - V. 32. - P. 383

[4] H.M.Nanasevit, F.M. Erdman and W.I.Simpson / The use of metalorganics in the preparation of semiconductor materials IV. The nitrides of aluminum and gallium // J.Electrochem. SoC. 118 1864 (1971)

[5] H.Amano,M.Kito, K.Hiramatsu and I.Akasaki / P-type conduction in Mg-doped GaN treated with low-energy electron beam irradiation (LEEBI)// Jpn.J.Appl.Phys 28, L2112 (1989).

[6] M.A.Khan, J.N.Kuznia, J.M.Van Hove, N.Pan and J.Carter / Observation of a two-dimensional electron gas in low pressure metalorganic chemical vapor deposited GaN-AlxGa1-xN heterojunctions // Appl.Phys.Lett 60, 3027 (1992).

[7] S.Nakamura, T.Mukai and M.Senoh / Candela-class high-brightness InGaN/AlGaN double-heterostructure blue-light-emitting diodes// Appl.Phys.Lett 64, 1687 (1994).

[8] M.A.Khan, J.N.Kuznia, D.T.Olson, W.J.Schaff, J.W.Burm and M.S.Shur / Microwave performance of a 0.25 ^m gate AlGaN/GaN heterostructure field effect transistor // Appl.Phys.Lett 65, 1121 (1994).

[9] A.Ozgur,W.Kim, Z.Fan, A.Botchkarev, S.Salvador, S.N.Mohammad, B.Sverdlov and H.Morkoc / High transconductance normally-off GaN MODFETs // Electron.Lett. 31, 1389 - 1390 (1995).

[10] S.Nakamura, M.Senoh, S.Nagahama,N.Iwasa, T.Yamada,T.Matsushita, H.Kiyoku and Y.Sugimoto / InGaN-Based Multi-Quantum-Well-Structure Laser Diodes // Jpn.J.Appl.Phys 35, L74 (1996).

[11] S.C.Binari, J.M.Redwing, G.Kelner and W.Kruppa / AlGaN/GaN HEMTs grown on SiC substrates // Electron.Lett.33, 242 (1997).

[12] S.Guha and N.A.Bojarczuk / Ultraviolet and violet GaN light emitting diodes on silicon // Appl.Phys.Lett 72, 415 (1998).

[13] C.A.Tran, A.Osinski, R.F.Karlicek and P.Berishev / Growth of InGaN/GaN multiple-quantum-well blue light-emitting diodes on silicon by metalorganic vapor phase epitaxy // Appl.Phys.Lett 75, 1494 (1999).

[14] S.Kaiser, M.Jakob, J.Zweek, W.Gebhardt, O.Ambacher, R.Dimitrov, A.T.Schremer, J.A.Smart and J.R.Shealy / Structural properties of AlGaN/GaN heterostructures on Si (111) substrates suitable for high-electron mobility transistors // J.Vac.Sci.Technol. B 18, 733 (2000).

[15] F.Semond, P.Lorenzi, N.Grandjean, and J.Massies / High-electron-mobility AlGaN/GaN heterostructures grown on Si (111) by molecular-beam epitaxy // Appl.Phys.Lett 78, 335 (2001).

[16] Y.Dikme, A.Szymakowski, H.Kalisch, E.V.Lutsenko, V.Z. Zubialevich, G.P.Yablonskii, H.M.Chern, C.Schaefer, R.H.Jansen and M.Heuken / Investigation of GaN on Si (111) for optoelectronic applications // Proc. Light-Emitting Diodes:Research, Manufacturing and Application VII, SPIE 4996, 57 (2003).

[17] A.Dadgar, C.Hums, A.Diez, J.Blasing, A.Krost / Growth of blue GaN LED structures on 150-mm Si (1 1 1) // J.Cryst. Growth 297, 279 (2006).

[18] Subramaniam Arulkumaran, Geok Ing Ng, Sahmuganathan Vicknesh, Hong Wang, Kian Siong Ang, Joyce Pei Ying Tan, Vivian Kaixin Lin, Shane Todd, Guo-Qiang Lo and Sudhiranjan Tripathy / Direct Current and Microwave Characteristics of Sub-micron AlGaN/GaN High-Electron-Mobility Transistors on 8-Inch Si(111) Substrate // Japanes Journal Applied of Physics, voliume 51, 11(2012)

[19] Duc V Dinh, S Presa, M Akhter, P P Maaskant, B Corbett and P J Parbrook / Semipolar (2023) nitrides grown on 3C-SiC/(001) Si substrates //

Semiconductor Science and Technology, 30, 12 (2015)

[20] Lingaparthi Ravikiran, K. Radhakrishnan, Nethaji Dharmarasu, Manvi Agrawal, Zilong Wang, Annalisa Bruno, Cesare Soci, Tng Lihuang, and Kian Siong Ang / GaN Schottky Metal-Semiconductor-Metal UV Photodetectors on Si(111) Grown by Ammonia-MBE // IEEE SENSORS JOURNAL, VOL. 17, NO. 1, JANUARY 1, 2017

[21] A.Nashimoto, Y.Asiba, T.Motizuki, M.Ohkubo and A.Yamamoto / Initial growth stage of GaN on Si substrate by alternating source supply using dimethyl-hydrazine // J.Cryst.Growth 175/176 , 129 (1997).

[22] F.Yun, Y.-T. Moon, Y.Fu.K.Zhu, U.Ozgur, and H.Morkoc / Efficacy of single and double SiNxSiNx interlayers on defect reduction in GaNGaN overlayers grown by organometallic vapor-phase epitaxy // J.Appl.Phys. 98, 123502 (2005).

[23] A.Dadgar et.al.// IPAP conference Series 1, 845 (2000).

[24] P. Chen et.al. / Growth of high quality GaN layers with AlN buffer on Si (1 1 1) substrates // J.Cryst.Growth ,225, 150 (2001).

[25] K.H.Lee, M.H.Hong, K.Teker, C.Jacob, and P.Pirouz// Mater.Res.Soc.Symp.Proc. (Pittsburgh: MRS) vol.622, (2000).

[26] X.Xu, R.Armitage, S.Shinkai, K.Sasaki, C.Kisielowski, and E.R.Weber / Epitaxial condition and polarity in GaN grown on a HfN-buffered Si (111) wafer // Appl.Phys.Lett. 86, 182104 (2005).

[27] J.Tolle, J.Konvetakis, D.-W. Kim, S. Mahajan, A.Bell, F.A.Ponce, I.S.T. Tsong, M.L.Kottke and Z.D.Chen / Epitaxial growth of AlxGa1-xNAlxGa1-xN on Si(111) via a ZrB2(0001)ZrB2(0001) buffer layer // Appl.Phys.Lett. 84, 3510 (2004)

[28] H.W.Kim,and N.H.Kim / Preparation of GaN films on ZnO buffer layers by rf magnetron sputtering // Appl. Surf. Sci. 236, 192 (2004).

[29]. Y.Wu, X.Han, J.Li, D.Li, Y.Lu, H.Wei, G.Cong, X.Liu, Q.Zhu, and Z.Wan / Crack-free GaN/Si (1 1 1) epitaxial layers grown with InAlGaN alloy as compliant interlayer by metalorganic chemical vapor deposition // J. Crystal Growth 279, 335 (2005).

[30]. A.Able, W.wegscheider, K.Engl, J.Zweck / Growth of crack-free GaN on Si (1 1 1) with graded AlGaN buffer layers // J. Crystal Growth 276, 415 - 418, (2005).

[31]. Wu-Yih Uen, Z,-Y,Li, S.-M.Lan, S.-M.Liao / Epitaxial growth of high-quality GaN on appropriately nitridated Si substrate by metal organic chemical vapor deposition // J. Crystal Growth 280, p.335 - 340, (2005).

[32]. N.H.Zhang, X.L.Wang, Y.P.Zeng, H.L.Xiao. J.X.Wang, H.X.Liu, and J.M.Li / The effect of the AlxGa1-xN/AIN buffer layer on the properties of GaN/Si(1 1 1) film grown by NH3-MBE // J. Crystal Growth 280, p.346 - 351, (2005).

[33] A.J.Steckl, J.Devrajan, C. Tran and R.A.Stall / SiC rapid thermal carbonization of the (111) Si semiconductor-on-insulator structure and subsequent metalorganic chemical vapor deposition of GaN // Appl.Phys.Lett. 69, 2264 (1996).

[34] J.Komiyama, Y. Abe, S. Suzuki, H. Nakanishi / Suppression of crack generation in GaN epitaxy on Si using cubic SiC as intermediate layers // Appl.Phys.Lett., 88, 091901 (2006).

[35] A.Dadgar et.al / Bright blue electroluminescence from an InGaN/GaN multiquantum-well diode on Si (111): Impact of an AlGaN/GaN multilayer // Appl.Phys.Lett. 78, 2211 (2001).

[36]. A.Krost and A.Dadgar / GaN-Based Devices on Si // Phys.Status.Solidi (a), 194, No. 2, p.361-375, (2002)

[37]. S.Radhavan and J.M.Redwing / Growth stresses and cracking in GaN films on (111) Si grown by metal-organic chemical-vapor deposition. I. AlN buffer layers // J. Appl.Phys, 98, 023514 (2005).

[38]. W.G.Perry et.al. Correlation of biaxial strains, bound exciton energies, and defect microstructures in gan films grown on AlN/6H-SiC (0001) substrates // Journal of Electronic Materials, V.26, p.224 - 231, (1997)

[39]. J.E.Nortrup and J.Neugebauer / Theory of GaN (10"10) and (11"20) surfaces // Phys.Rev.B, 53, R10477 (1996) .

[40] M.D.Drory, J.W.Ager III, T.Suski, I.Grzegory and S.Porowski / Hardness and fracture toughness of bulk single crystal gallium nitride // Appl.Phys.Lett. 69, 4044 (1996).

[41]. P.R.Tavernier, P.M.Verghese and D.R.Clarke / Photoluminescence from laser assisted debonded epitaxial GaN and ZnO films // Appl.Phys.Lett, 74, 2678 (1999).

[42] E.V.Etzkorn and D.R.Clarke / Cracking of GaN films // J.Appl.Phys., , 89, 1025 (2001).

[43] E.Feltin, B.Beaumont, P.Vennegues, T.Riemann, J.Christen, J.P.Faurite and P.Gibart / Crack-Free Thick GaN Layers on Silicon (111) by Metalorganic Vapor Phase Epitaxy // Phys. Stat. solidi (a) 188, No. 2, p.531-535, (2001)

[44] S.Zamir , B.Meyler, and J.Salzman / Thermal microcrack distribution control in GaN layers on Si substrates by lateral confined epitaxy // Appl.Phys.Lett. 78, 288 (2001).

[45] K.-J. Kim and C.-R. Lee / Growth of crack-free GaN/Si heteroepitaxy by using a patterned Si substrate method // J.Korean Physical Soc. V. 46(4), p. 901-905, (2005).

[46] N.H.Zhang, X.L.Wang, Y.P.Zeng, H.L.Xiao, J.X.Wang, H.X.Liu and J.M.Li / Growth and properties of GaN on Si (111) substrates with AlGaN/AlN buffer layer by NH3-GSMBE // J.Phys.D: Appl.Phys,38 1888 (2005)

[47] D.Wang, S.Yoshida and M.Ichikawa / Si-doped cubic GaN grown on a Si (001) substrate with a thin flat SiC buffer layer // Appl.Phys.Lett. 80, 2472 (2002).

[48] D.Wang, Y.Hiroyama, M.Tamura, M.Ichikawa and S.Yoshida / Growth of hexagonal GaN on Si (111) coated with a thin flat SiC buffer layer // Appl.Phys.Lett. 77, 1846 (2000).

[49] K.L.Lin et.al. / Growth of GaN film on 150mm150mm Si (111) using multilayer AlN/AlGaNAlNAlGaNbuffer by metal-organic vapor phase epitaxy method

// Appl. Phys. Lett. 91, 222111 (2007).

[50] В.Н.Бессолов, В.Ю.Давыдов, Ю.В.Жиляев, Е.В.Коненкова, Г.Н.Мосина, С.Д.Раевский, С.Н.Родин, Ш.Шарофидинов, М.П.Щеглов, Hee Seok Park, Masayoshi Koike / Хлоридная газофазная эпитаксия GaN слоев, выращенных на подложке Si (111) с AIN буферным подслоем // Письма в ЖТФ, Т.31, в.21, стр.30 - 36, (2005).

[51] J.X.Zhang, Y.Qu, Y.Z.Chen, A.Uddin and S.Yuan / Structural and optical characterization of GaN epilayers grown on Si (1 1 1) substrates by hydride vapor-phase epitaxy// J.Cryst. Growth V.282, p.137 - 142, (2005).

[52] K.J.Lee, E.H.Shin, S.K.Shim, T.K.Kim, G.M.Yang and K.Y.Lim / Growth of crack-free GaN films on Si(111) substrate and improvement of the crystalline quality using SixNy inserting layer // Phys.stat.sol. (c) 2, p.2104 - 2108, (2005)

[53] E.Tuomisto, T.Paskova, R.Kroger, S.Figge, D.Hommel, B.Monemar, R.Kersting / Defect distribution in a-plane GaN on Al2O3 // Appl.Phys.Lett. 90, 121915 (2007).

[54] E.Feltin et.al. / Stress control in GaN grown on silicon (111) by metalorganic vapor phase epitaxy // Appl.Phys.Lett., 79, 3230 (2001).

[55] F.Shulze et.al. / Metalorganic vapor phase epitaxy grown InGaNGaNInGaNGaN light-emitting diodes on Si(001) substrate // Appl.Phys.Lett., 88, 121114 (2006).

[56] J.Komiyama, Y. Abe, S. Suzuki, H. Nakanishi / Suppression of crack generation in GaN epitaxy on Si using cubic SiC as intermediate layers // Applied Physics Letters, Vol. 88, pp. 091901, (2006).

[57] S. Radhavan et.al. / Growth stresses and cracking in GaN films on (111) Si grown by metalorganic chemical vapor deposition. II. Graded AlGaN buffer layers // J.Appl.Phys., 98, 023515 (2005).

[58] Wu-Yih Uen et.al. / Epitaxial growth of high-quality GaN on appropriately nitridated Si substrate by metal organic chemical vapor deposition // J.Crystal Growth, 280, 335 (2005).

[59] J. Komiyama et. Al / Stress reduction in epitaxial GaN films on Si using cubic SiC as intermediate layers // J. Appl.Phys., 100, 033519 (2006).

[60] Y.Abe et.al / Semipolar nitrides grown on Si (001) offcut substrates with 3C-SiC buffer layers // Materrials Science Forum, V.600, p.1281 - 1284, (2009).

[61] G Chung et. al / Effect of a 3C-SiC buffer layer on the SAW properties of AlN films grown on Si substrates // J. Korean Phys. Soc., V.55, N.4, p.1446 - 1448, (2009).

[62] J. Komiama et.al / MOVPE of AlN-free hexagonal GaN/cubic SiC/Si heterostructures for vertical devices // J.Cryst.Growth, 311, 2840 (2009).

[63] A.Vescan, J.D. Brown J.W. Johnson, R. Therrien, T. Gehrke, P. Rajagopal, J.C. Roberts, S. Singhal, W. Nagy, and R. Borges / AlGaN/GaN HFETs on 100 mm silicon substrates for commercial wireless applications // Phys. Stat. Sol.(c) 0, No. 1, p.52-56, (2002).

[64]. S.Arulkumaran, T.Egawa, S.Matsui and H.Ishikawa / Enhancement of breakdown voltage by AlN buffer layer thickness in AlGaNGaN high-electron-mobility transistors on 4in.diameter silicon // Appl.Phys.Lett. 86, 123503 (2005).

[65] F.Semond, P.Lorenzini, N.Grandjean and J.Massies / High-electron-mobility AlGaN/GaN heterostructures grown on Si (111) by molecular-beam epitaxy // Appl.Phys.Lett.,78, 335 (2001).

[66] J.Schalwiga, G.Muller, U.Karrer, M.Eickhoff, O.Ambacher, M.Stutzmann, L.Gorgens, and G.Dollinger / Hydrogen response mechanism of Pt-GaN Schottky diodes // Appl.Phys.Lett, 80, 1222 (2002).

[67] J.S.Thakur, H.E.Prakesam, L.Zhang, E.F.McCullen, L.Rinai, V.M.Garcia-Snarez, R.Naik, K.Y.S.Ng, and G.W.Auner / Characteristic jump in the electrical properties of a PdAlNSi-based device on exposure to hydrogen // Phys.Rev.B 75, 075308 (2007).

[68]. S.Guna and N.A.Bojarczuk / Ultraviolet and violet GaN light emitting diodes on silicon // Appl.Phys.Lett. 72, 415 (1998).

[69] C.A.Tran,A.Osinski, R.F.Karlichek and I.Berishev / Growth of InGaN/GaN multiple-quantum-well blue light-emitting diodes on silicon by metalorganic vapor phase epitaxy // Appl.Phys.Lett. 75, 1494 (1999).

[70] Z.Ye, X.Gu J.Huang, Y.Wang, Q.Shao and B.Zhao / An Ultraviolet Photodetector Based on GaN/Si // Intern.J.Modern.Physics B, 16, 4310 (2002).

[71] S-J.Park, H-B.Lee, W.L.Shan, S-J.Chua, J.-H. Lee, S-H.Hahm / Schottky diodes fabricated on cracked GaN epitaxial layer grown on (111) silicon // Phys.stat.solidi, 2, 2559 (2005).

[72] X.Wang, X.Wang, B.Wang, H.Xiao, H.Liu, J.Wang, Y.Zeng, J.Li / High responsivity ultraviolet photodetector based on crack-free GaN on Si (111) // Phys.stat.solidi (c) 4, No.5, p.1613 - 1616, (2007)

[73] D.A.B.Miller, D. S. Chemla, T. C. Damen ,A. C. Gossard , W. Wiegmann ,T. H. Wood and C. A. Burrus / Electric field dependence of optical absorption near the band gap of quantum-well structures // Phys.Rev.B 32, 1043 (1985). [74] Fabio Bernardini ,Vincenzo Fiorentini and David Vanderbilt / Spontaneous polarization and piezoelectric constants of III-V nitrides // Phys.Rev. B, 56, R10024 (1997)

[75] P.Waltereit, O.Brandt, A.Trampert, H.T.Grahn, J.Menniger, M.Ramsteiner, M.Reiche and K.H.Ploog / Nitride semiconductors free of electrostatic fields for efficient white light-emitting diodes // Nature (London) 406, p.865 - 868, (2000).

[76] Yue Jun Sun, Oliver Brandt, Sven Cronenberg, Subhabrata Dhar, Holger T. Grahn, Klaus H. Ploog, Patrick Waltereit and James S. Speck / Nonpolar InxGa1-xN/GaN(11 00) multiple quantum wells grown on y-LiAlO2(100) by plasma-assisted molecular-beam epitaxy // Phys.Rev.B, 67, 041306 (2003).

[77] N.M.Ng / Molecular-beam epitaxy of GaN/AlxGa1-xN multiple quantum wells on R-plane (10 2) sapphire substrates // Appl.Phys.Lett., 80, 4369 (2002).

[78] Ashay Chitnis, Changqing Chen, Vinod Adivarahan, Maxim Shatalov, Edmundas Kuokstis, Vasavi Mandavilli, Jinwei Yang, and M. Asif Khan / Visible light-emitting diodes using a-plane GaN-InGaN multiple quantum wells over r-plane sapphire // Appl.Phys.Lett.,84,3663 (2004).

[79] P.R.Taverni, B.Imer, S.P.DenBaars and D.R.Clarke / Growth of thick (1120) GaN using a metal interlayer // Appl.Phys.Lett., 85, 4630 (2004).

[80] Patent US 20060270087 date- 31 may 2006. " Growth of planar non-polar {1-100} m-plane GaN with MOCVD.

[81] Patent US 20060270076 date- 31 may 2006. "Defect reduction of nonpolar and semi-polar III-nitrides with sidwall lateral epitaxial overgrowth (SLEO).

[82] J.H.Song et.al. / Nopolar a-plane GaN films on Si(100) produced using a specially designed lattice-matched buffer: a fresh approach to eliminate the polarization effect // J. Appl. Phys., 97, 043531 (2005).

[83] Benjamin A. et.al / Microstructure and Enhanced Morfology of Planar Nonpolar m-Plane GaN Grown by HVPE // J.of Electron.Mater., 34, 4, 367 (2005)

[84] B.A.Haskell et.al. / Defect reduction in (1100) m-plane GaN via LEO by HVPE // APL, 86, 111917 (2005).

[85] A. Strittmatter et.al. / Semi-polar nitride surfaces and heterostructures // Phys.Status Solidi B, 248, No.3, 561-573 (2011)

[86] P Waltereit et.al / Nitride semiconductors free of electrostatic fiels for efficient white LED // Nature, V.404, (2000).

[87] J.Bhattacharyya et.al / Are AlN and GaN substrates useful for the growth of non-polar nitride films for UV emission? The oscillator strength perspective // Phys.Status Solidi B, 246, No.6, p.1184-1187, (2009).

[88] D.Iida et.al. / One-step lateral growth for reduction in defect density of aplane GaN on r-sapphire substrate and its application in light emitters // Phys.Status Solidi A, 204, No.6, p.2005-2009, (2007).

[89] X.Li et.al. / On the reduction of efficiency loss in polar c-plane and nonpolar m-plane InGaN LED // Phys.Status Solidi C, 8, No.5, p.1560-1563, (2011).

[90] X.Ni et al / Internal quantum efficiency of c-plane InGaN and m-plane InGaN on Si and GaN // Appl.Phys.Lett., 95, 101106 (2009).

[91] Y.Enya et.al. / 531 nm green lasing of InGaN based laser diodes on Semipolar (2021) free-standing GaN substrates // Appl.Phys.Express , 2, 082101 (2009).

[92]. T.Nikosaka et.al. / Fabrication and properties of semi-polar (1-101) and (11-22) InGaN LED on patterned Si substrates // Phys. Stat. Sol.(c), V.5, No.6, p..2234 - 2237, (2008).

[93] Sawaki N. and Honda Y. / Semipolar GaN LED on Si // Science China Technological Sciences, V.54, p.38 - 41, (2011).

[94]. Abe Y. et.al. / Semipolar nitrides grown on Si(001) offcut substrates with 3C-SiC buffer layers // Materials Science Forum, V. 600-603. p.1281 - 1284, (2009).

[95] A. Koukitu et.al. / Thermodynamic analysis of hydride vapor phase epitaxy of GaN // J.J.Appl.Phys., V. 37, p.762-765, (1998).

[96] A.Koukitu et.al. / Thermodynamic analysis of AlGaN HVPE growth

// J. Crystal Growth, V.281, p.47 - 54, (2005).

[97] B.Monemar et.al. / Growth of thick GaN layers with hydride vapour phase epitaxy // J. Crystal Growth, V.281, p.17 - 31, (2005). [98] P.W.Yu, C.S.Park and S.T.Kim / Photoluminescence studies of GaN layers grown by hydride vapor phase epitaxy // J.Appl.Phys., 89, 1692 (2001).

[99] S.Radhavan et.al. / Growth stresses and cracking in GaN films on (111) Si grown by metal-organic chemical-vapor deposition. I. AlN buffer layers // J. Appl.Phys 98, 023514 (2005).

[100] S.Radhavan et.al. / Growth stresses and cracking in GaN films on (111) Si grown by metalorganic chemical vapor deposition. II. Graded AlGaN buffer layers // J. Appl.Phys 98, 023515 (2005).

[101] P.R.Tavernier et.al. / Photoluminescence from laser assisted debonded epitaxial GaN and ZnO films // Appl.Phys.Lett, 74, 2678 (1999).

[102] E.V.Etzkorn et.al. / Cracking of GaN films // J.Appl.Phys., 89, 1025 (2001).

[103] D.Gogova et.al. / Investigation of the structural and optical properties of free-standing GaN grown by HVPE // J. Phys.D:Appl.Phys., 38, p.2332 - 2337, (2005).

[104] Ishikawa et.al. / Thermal stability of GaN on (1 1 1) Si substrate

// Journal of Crystal Growth, V.189-190, p.178 - 182, (1998).

[105] Joblot S. et.al. / Hexagonal c-axis GaN layers grown by metalorganic vapor-phase epitaxy on Si (0 0 1) // Journal of Crystal Growth, V.280, p.44 -53, (2005).

[106] S.B.Jhong et.al. // Next-Generation Electronics International Symposium. Kaohsiung. Taiwan, 2010. p.96.

[107] Wei T.B. et.al. / Hydride vapor phase epitaxy growth of semipolar (1013) GaN on patterned m-plane sapphire // Journal of the Electrochemical Society, V.157, H721 (2010).

[108] Wernicke T. et.al. / Surface morphology of homoepitaxial GaN grown on non-and semipolar GaN substrates // Phys.Status Solidi B 248, No.3, p.574 - 577 (2011).

[109] Yu P.W. et.al. / Photoluminescence studies of GaN layers grown by hydride vapor phase epitaxy // J.Appl.Phys., 89, 1692 (2001).

[110] Бессолов В.Н., Жиляев Ю.В., Коненкова Е.В., Сорокин Л.М., Феоктистов Н.А., Шарофидинов Ш.Ш., Щеглов М.П., Кукушкин С.А., Метс Л.И., Осипов А.В. / Нитрид алюминия на кремнии: роль промежуточного SiC слоя и технологии хлоридной газофазной эпитаксии / // Письма в ЖТФ. -2010- Т. 36, № -11, стр.17-23.

[111] L.S.Chuan, Z.Hassan and H.Abu Hassan. / Influence of Al monolayers on the properties of AlN layers on Si (111) // Surface Review and Letters, V.16, No.1, p.99 - 103, (2009).

[112] J.L.Zhao, S.T.Tan, S.Iwan, X.W.an, X.W.Sun, W.Liu, and S.J.Chua / Blue to deep UV light emission from a p-Si/AlN/Au heterostructure // Applied Physics Letters, Vol. 94, 093506 (2009).

[113] Y.Kumagai, T.Nagashima, and A.Koukitu. / Preparation of a freestanding AlN substrate by hydride vapor phase epitaxy at 12300C using (111) Si as a starting substrate // Jap.Journal of Appl.Phys., V. 46, No.17, p.L389 - L391, (2007).

[114] J.Komiyama, K.Eriguchi, Y.Abe, S.Suzuki, H.Nakanishi, T.Yamane, H.Murakami and A.Koukitu. / Polarities of AlN films and underlying 3C-SiC intermediate layers grown on (1 1 1) Si substrates // J. Crystal Growth, V. 310. p.96 -100, (2008).

[115] И.Г.Аксянов, В.Н.Бессолов, Ю.В.Жиляев, М.Е.Компан, Е.В.Коненкова, С.А.Кукушкин, А.В.Осипов, С.Н. Родин, Н.А.Феоктистов, Ш.Шарофидинов, М.П.Щеглов / Хлоридная газофазная эпитаксия нитрида галлия на кремнии: влияние промежуточного SiC слоя // Письма в ЖТФ -2008. -Т.34, №-11, стр.54-61.

[116] Бессолов В.Н.; Жиляев Ю.В.; Коненкова Е.В.; Сорокин Л.М.; Феоктистов Н.А.; Шарофидинов Ш.Ш.; Щеглов М.П.; Кукушкин С.А.; Метс Л.И.; Осипов А.В. / Нитриды алюминия и галлия на кремниевой подложке с промежуточным нанослоем карбида кремния для приборов ультрафиолетового диапазона излучения // Оптический Журнал. - 2011.- Т.78, №-7, стр.23-28.

[117] A.S.Segal, D.S.B azarevskiy, M.V.B ogdanov and E.V.Yakovlev, " Modeling analysis of AlN and ALGaN HVPE" // Phys.Stat.Sol ©. . V. 6. pp..5329-5332, 2009.

[118] J.Komiyama, Y. Abe, S. Suzuki, and H. Nakanishi / Stress reduction in epitaxial GaN films on Si using cubic SiC as intermediate layers // Journal of Applied Physics, Vol 100, 033519 (2006).

[119] S. A. Kukushkin, A. V. Osipov, F. Schmitt and P. Hess / The Nucleation of Coherent Semiconductor Islands during the Stranski-Krastanov Growth Induced by Elastic Strains // Semiconductors, Vol. 36, No.10, p. 1097-1105, (2002).

[120] S.Nishino, J.A. Powell, H.A. Will / Production of large-area single-crystal wafers of cubic SiC for semiconductor devices // Appl.Phys.Lett. 42, 460 (1983).

[121] E. Bustarret, D. Vobornik, A. Roulot, T. Chassagne, G. Ferro, Y. Monteil, E. Martinez-Guerrero, H. Mariette, B. Daudin, Le Si Dang / Interfacial strain in 3C-SiC/Si (100) pseudo-substrates for cubic nitride epitaxy // Phys.stat.sol. (a) 195, No.1, p.18 - 25, (2003).

[122] М.Г.Мынбаева, О.В.Константинов, К.Д.Мынбаев, А.Е.Романов, А.А.Ситникова / Механизм релаксации напряжений несоответствия при эпитаксиальном росте GaN на пористом SiC // Письма в ЖТФ, Т.32, стр.25 - 31, (2006).

[123] J.X. Zhang, Y. Qu, Y.Z. Chen, A. Uddin and Shu Yuan / Structural and optical characterization of GaN epilayers grown on Si (1 1 1) substrates by hydride vapor-phase epitaxy // J.Cryst.Growth, V.282, p.137 - 142, (2005).

[124] A.Yamamoto, T. Yamauchi, T. Tanikawa, M. Sasase, B.K. Ghosh, A. Hashimoto, Y. Ito / Organometallic vapor phase epitaxial growth of GaN on a 3c-SiC/Si (1 1 1) template formed by C+-ion implantation into Si (1 1 1) substrate // J. Crys. Growth, V.261, p.266 - 270, (2004).

[125] А.С.Зубрилов, Ю.В.Мельник, А.Е.Николаев, М.А.Якобсон, Д.К.Нельсон, В.А.Дмитриев / Некоторые оптические свойства объемных кристаллов нитрида галлия, выращенных газофазным методом в хлоридной системе // ФТП, Т.33, стр.1173 - 1178, (1999).

[126] Л.М.Сорокин, Н.В.Веселов, М.П.Щеглов, А.Е.Калмыков, А.А.Ситникова, .А.Феоктистов, А.В.Осипов, С.А.Кукушкин / Электронно-микроскопическое исследование структуры SiC/Si(111), полученной методом твердофазной эпитаксии / Письма в ЖТФ, Т.34, стр.88 - 94, (2008).

[127] F.M.Morales, Ch.Forster, O.Ambacher and J.Pezoldt / □-SiC-□-SiC heteropolytype structures on Si(111) // Appl.Phys.Lett. 87, 201910 (2005).

[128] T.T.Han, Y.Fu, H.Agren, P.Han, Z.Qin, R,Zhang / Room-temperature photoluminescence of doped 4H-SiC film growh on Al/Si(100) // Appl.Phys. A, V.86, p.145 - 149, (2007).

[129] A.A.Lebedev / Deep level centers in silicon carbide: A review // Semiconductors, V.33, p.107 - 130, (1999).

[130] H.W.Shim et.al. / Anomalous photoluminescence from 3C-SiC grown on Si(111) by rapid thermal chemical vapor deposition // Appl.Phys.Lett. 70, 1757 (1997).

[131] Шарофидинов Ш.Ш., Головатенко А.А., Никитина И.П., Середова Н.В., Мынбаева М.Г., Бугров В.Е., Одноблюдов М.А., Степанов С.И., Николаев В.И. / Толстые эпитаксиальные слои нитрида галлия на кремниевой подложке / // Materials Physics and Mechanics - 2015. - Т. 22. - № -1, стр. 53-58.

[132] H. Ishikawa, K. Yamamoto, T. Egawa, T. Soga, T. Jimbo, M. Umeno / Thermal stability of GaN on (1 1 1) Si substrate // Journal of Crystal Growth 189 -190, p.178 - 182, (1998).

[133] Y. Honda, M. Okano, M. Yamaguchi and N. Sawaki / Uniform growth of GaN on AlN templated (111) Si substrate by HVPE // Physica Status Solidi (c) 2, p.2125 - 2128, (2005).

[134] М.Г. Мынбаева, А.А. Головатенко, А.И. Печников, А.А. Лаврентьев, К.Д. Мынбаев и В.И. Николаев / Особенности хлорид-гидридной эпитаксии нитридных материалов на подложке кремния // ФТП Т.48, стр.1573 - 1577, (2014).

[135] T. Takeuchi, H. Amano, K. Hiramatsu, N. Sawaki and I. Akasaki / Growth of single crystalline GaN film on Si substrate using 3C-SiC as an intermediate layer // Journal of Crystal Growth, V.115, p.634 - 638, (1991).

[136] A.Strittmatter, A.Krost, J.B lasing, D.B imberg / High quality GaN layers grown by metalorganic chemical vapor deposition on Si (111) Substrates // Phys. Stat. Sol. (a) 176, p.611 - 614, (1999).

[137] A. Watanabe, T. Takeuchi, K. Hirosawa, H. Amano, K. Hiramatsu and I. Akasaki / The growth of single crystalline GaN on a Si substrate using AIN as an [138] http:// www.azzurro-semiconductors.com

[139] N. Faleev, H. Temkin, I. Ahmad, M. Holtz and Yu. Melnik / Depth dependence of defect density and stress in GaN grown on SiC // Journal of Applied Physics 98, 123508 (2005).

[140] E. F. Schubert, I. D. Goepfert, and W. Grieshaber / Optical properties of Si-doped GaN // Journal of Applied Physics Letters 71, 921 (1997).

[141] M. Higashiwaki, K. Sasaki, A. Kuramata, T. Masui, S. Yamakoshi / Gallium oxide (Ga2O3) metal-semiconductor field-effect transistors on single-crystal ß-Ga2O3 (010) substrates // Appl. Phys. Lett., 100, 013 504 (2012).

[142] T. Oshima, N. Arai, N. Suzuki, S. Ohira, S. Fujita / Surface morphology of homoepitaxial ß-Ga2O3 thin films grown by molecular beam epitaxy // Thin Sol. Films, V.516, p.5768 - 5771 (2008).

[143] K. Sasaki, M. Higashiwaki, A. Kuramata, T. Masui, S. Yamakoshi / MBE grown Ga2O3 and its power device applications // J. Cryst. Growth, V.378, p.591 -595, (2013).

[144] K. Sasaki, A. Kuramata, T. Masui, E.G. Villora, K. Shimamura and S. Yamakoshi / Device-quality ß-Ga2O3 epitaxial films fabricated by ozone molecular beam epitaxy // Appl. Phys. Express, V.5, 035502 (2012).

[145] E.G. Villora, K. Shimamura, K. Kitamura, K. Aoki / Rf-plasma-assisted molecular-beam epitaxy of ß-Ga2O3 // Appl. Phys. Lett. 88, 031105 (2006).

[146] H. Okumura, M. Kita, K. Sasaki, A. Kuramata, M. Higashiwaki, J.S. Speck / Systematic investigation of the growth rate of ß-Ga2O3 (010) by plasmaassisted molecular beam epitaxy // Appl. Phys. Express 7, 095501 (2014).

[147] W. Mi, C. Luan, Z. Li, C. Zhao, X. Feng, J. Ma / Ultraviolet-green photoluminescence of ß-Ga2O3 films deposited on MgAl6O10 (1 0 0) substrate // Optical Mater. (Amst), V.35, p.2624 - 2628 (2013).

[148] P. Ravadgar, R.H. Horng, T.Y. Wang / Healing of surface states and point defects of single-crystal ß-Ga2O3 epilayers // ECS J. Solid State Sci. Technol., V.1, N58 - 60, (2012).

[149] D. Gogova, G. Wagner, M. Baldini, M. Schmidbauer, K. Irmscher, R. Schewski, Z. Galazka, M. Albrecht, R. Fornari / Structural properties of Si-doped ß-Ga2O3 layers grown by MOVPE // J. Cryst. Growth., V.401, p.665 - 669 (2014).

[150] G. Wagner, M. Baldini, D. Gogova, M. Schmidbauer, R. Schewski, M. Albrecht, Z. Galazka, D. Klimm, R. Fornari / Homoepitaxial growth of ß-Ga2O3

layers by metal-organic vapor phase epitaxy // Phys. Status Solidi A, V.211, p.27 - 33,

(2014). intermediate layer // Journal of Crystal Growth, V.128, p.391 - 396, (1993).

[151] D.J. Comstock, J.W. Elam / Atomic Layer Deposition of Ga2O3 Films Using Trimethylgallium and Ozone // Chem. Mater., V.24, p.4011 - 4018, (2012).

[152] T. Matsumoto, M. Aoki, A. Kinoshita, T. Aono / Absorption and reflection of vapor grown single crystal platelets of в-Ga2O3 // Jpn. J. Appl. Phys., V.13, No.1, p.1578 - 1582, (1974).

[153] H. Murakami, K. Nomura, K. Goto, K. Sasaki, K. Kawara, Q.T. Thieg et al. / Homoepitaxial growth of P-Ga2O3 layers by halide vapor phase epitaxy // Appl. Phys. Express 8, 015503 (2015).

[154] Y. Oshima, E.G. Villora, K. Shimamura / Quasi-heteroepitaxial growth of P-Ga2O3 on off-angled sapphire (0 0 0 1) substrates by halide vapor phase epitaxy // J. Cryst. Growth, V.410, p.53 - 58, (2015).

[155] Y. Oshima, E.G. Villora, Y. Matsushita, S. Yamamoto, K. Shimamura / Epitaxial growth of phase-pure s-Ga2O3 by halide vapor phase epitaxy // Journal of Applied Physics 118, 085301 (2015).

[156] Y. Oshima, E.G. Villora, K. Shimamura / Halide vapor phase epitaxy of twin-free a-Ga2O3 on sapphire (0001) substrates // Appl. Phys. Express 8, 055 501

(2015).

[157] Николаев В.И., Печников А.И., Степанов С.И., Шарофидинов Ш.Ш., Головатенко А.А., Никитина И.П., Смирнов А.Н., Бугров В.Е., Романов А.Е., Брунков П.Н., Кириленко Д.А. / Хлоридная эпитаксия слоев beta-Ga2O3 на сапфировых подложках базисной ориентации // Физика и техника полупроводников - 2016. - Т. 50. - № -7, стр. 997-1000.

[158] Nikolaev V.I., Pechnikov A.I., Stepanov S.I., Nikitina I.P., Smirnov A.N., Chikiryaka A.V., Sharofidinov S.S., Bougrov V.E., Romanov A.E. / Epitaxial growth of (2-01) Beta-Ga2O3 on (0001) sapphire substrates by halide vapour phase epitax // Materials Science in Semiconductor Processing - 2016, V. 47, pp. 16-19.

[159] Шарофидинов Ш.Ш., Николаев В.И., Смирнов А.Н., Чикиряка А.В., Никитина И.П., Одноблюдов М.А., Бугров В.Е., Романов А.Е. / Снижение трещинообразования при росте ALN на подложках Si методом хлоридно-гидридной эпитаксии // Физика и техника полупроводников - 2016. - Т. 50. - №4, стр. 549-552.

[160]. Александров С.Е ., Гаврилов Г.А., Капралов А.А., Муратиков К.Л., Сотникова Г.Ю. / Определение коэффициента теплоотдачи твердотельных объектов методом лазерной фототермической ИК-радиометрии // Письма в ЖТФ, Т.43, в.14, стр.104-110, (2017).

[161]. Александров С.Е ., Гаврилов Г.А., Капралов А.А., Муратиков К.Л., Сотникова Г.Ю. / Фототермическая ИК-радиометрия в экспериментальных исследованиях пироэлектрических свойств объемных материалов // Письма в ЖТФ, Т.43, в.23, стр.77-85, (2017).