автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.01, диссертация на тему:Разработка технологических основ получения эпитаксиальных слоев нитрида галлия методом хлоридно-гидридной эпитаксии на подложках сапфира

На правах рукописи

¿у-

ДОНСКОВ АЛЕКСАНДР АНДРЕЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ ПОЛУЧЕНИЯ ЭПИТАКСИАЛЫ1ЫХ СЛОЕВ НИТРИДА ГАЛЛИЯ МЕТОДОМ ХЛОРИДНО-ГИДРИДНОЙ ЭПИТАКСИИ НА ПОДЛОЖКАХ

САПФИРА

Специальность 05.17.01. - «Технология неорганических веществ»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2012

1 О ЯНВ 2013

005047990

005047990

Работа выполнена в Государственном научном центре «Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет»

доктор физико-математических наук, профессор Белогорохов Александр Иванович

доктор физико-математических наук, профессор кафедры материаловедения и полупроводников НИТУМИСиС

Бублик Владимир Тимофеевич

кандидат технических наук, главный технолог ЗАО "Элма-Малахит" Цыпленков Игорь Николаевич,

Национальный исследовательский университет «МИЭТ»

Защита состоится «30»_января 2013 г. В 15 часов на заседании диссертационного совета Д 217.043.01 при ОАО «Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности «Гиредмет» по адресу: 119017, Москва, Б.Толмачевский пер., 5, стр. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО «Гиредмет» Автореферат разослан «_» декабря 2012 г.

Отзывы об автореферате в двух экземплярах, заверенных печатью, просьба высылать по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук —— М.В.Воробьева

/

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Общая характеристика работы

Актуальность работы.

Нитриды третьей группы (InN, GaN, AIN) и твердые растворы на их основе являются объектами интенсивного исследования из-за их уникальных свойств. Одним из наиболее значимых преимуществ является широкий диапазон изменения ширины запрещенной зоны от 1,95 до 6,3 эВ в зависимости от состава твердого раствора. Именно поэтому у данных материалов существует значительный потенциал для использования их в коротковолновой, электролюминесцентной, высокотемпературной, высокомощной и высокочастотной электронике. Обширный диапазон изменения ширины запрещенной зоны, сильные связи взаимодействия и высокая теплопроводность GaN и его твердых растворов делают их особенно перспективными материалами для применения в оптоэлектронике, например в полноцветных экранах, емкостных накопителях информации, ультрафиолетовых детекторах, СВЧ-приборах, светоизлучающих и лазерных диодах, излучающих во всей видимой и ультрафиолетовой областях спектра.

Вследствие малой величины ковалентного радиуса N, параметр решетки кристаллов нитридов значительно меньше, чем у других полупроводниковых соединений класса AmBv, а большие значения энергии связи (2,2 эВ для GaN) являются причиной высокой температуры плавления. Кроме того молекулярный азот (N2) очень трудно растворяется в жидком галлии, даже при высоком давлении и температуре около 2000 °С, что затрудняет выращивание кристаллов из расплава и скорости роста этих «объёмных» кристаллов чрезвычайно низкие, поэтому их, как правило, получают в виде монокристаллических эпитаксиальных пленок, а перечисленные приборы изготавливают на основе гетероэпитаксиальных структур.

Начиная с 60-х годов прошлого века прилагались значительные усилия

по разработке технологических процессов получения и исследования свойств

монокристаллов и эпитаксиальных слоев GaN. Однако прогресс в разработке

з

технологических процессов получения эпитаксиальных слоев ваИ сдерживался отсутствием подходящих нитридных подложек, на которых можно было вырастить эпитаксиальные слои ваИ высокого качества. Поэтому обычной практикой является гетероэпитаксиальный рост нитрида галлия на инородных подложках с большим рассогласованием решеток, таких, как сапфир (обычно использовалась грань А12Оз (0001)). Наиболее распространенным методом получения толстых слоев нитрида галлия является хлоридно-гидридная эпитаксия (НУРЕ), обеспечивающая максимальные скорости роста. Как известно, большое несоответствие периодов кристаллических решеток и коэффициентов термического расширения подложки и наращиваемых слоев ОаИ приводит к существенной дефектности рабочих слоев приборов и, как следствие, к снижению их рабочих характеристик.

Поэтому в настоящей работе исследуется технологический процесс получения эпитаксиальных слоев ваЫ и способ получения самоотделяющихся «квазиподложек» Оа!\[.

Цель работы:

Определение оптимальных технологических режимов эпитаксии слоев ОаЫ на подложках сапфира, включающих: выбор конструкции источника ва, определение влияния расхода НС1, температур источника и подложки на скорость роста слоев ваЫ, расположения патрубка источника по отношению к подложке и величины расхода газа-носителя азота на однородность распределения толщины слоя по диаметру подложки. Получение слоев ОаЫ на подложках сапфира различной ориентации и исследование влияния ориентации на структурные свойства слоев ОаЫ. Разработка метода получения самоотделяющихся слоев йаЫ (квазиподложек) с использованием подслоя ТМ.

Научная новизна работы

1. Показано, что методом HVPE можно получать толстые, однородно распределенные по подложке слои GaN с плотностью дислокаций 107 см"2, при скорости роста ~ 100 мкм/час.

2. Впервые комплексно проведены исследования влияния ориентации поверхности подложки сапфира (с, а, ш и г) на механизмы роста, ориентацию поверхности слоев GaN и их структурные характеристики, а так же на кристаллографическую ориентацию плоскостей, ограничивающих различные дефекты структуры, такие как ямы и пирамиды роста, дефекты упаковки и трещины.

3. Получены слои неполярного GaN на подложках сапфира г-ориентации.

4. Впервые получены неполярные самоотделяющиеся от подложки слои GaN. Показано, что использование подслоя TiN на темплейте GaN улучшает отделение выращенных на нем слоев GaN, по сравнению с использованием подслоя TiN на сапфире.

Достоверность результатов

Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обоснована воспроизводимостью результатов роста толстых слоев нитрида галлия на сапфире методом HVPE, а так же самоотделяющихся слоев «квазиподложек» GaN с использованием подслоя TiN. Достоверность структурных исследований обоснована использованием

рентгенодифракционных и металлографических методов исследования.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Методом HVPE можно получать толстые, однородно распределенные по подложке неполярные слои GaN с плотностью дислокаций 107 см"2, при скорости роста ~ 100 мкм/час.

2. Определены морфологические особенности дефектов в слоях GaN в зависимости от ориентации поверхности подложки.

3. При использовании подслоя TiN можно получать толстые, неполярные, самоотделяющиеся от подложки слои GaN.

5

Практическая значимость работы

Проведена оптимизация процесса HVPE для получения толстых, однородных по толщине слоев GaN на подложках сапфира с плотностью дислокаций 107 см'2. Впервые проведены комплексные исследования по влиянию ориентации поверхности подложки сапфира на ориентацию поверхности слоев GaN и их структурных характеристик. Получены слои неполярного GaN ориентации (1120) на подложках сапфира г-ориентации. Разработана методика получения самоотделяющихся неполярных слоев «квазиподложек» GaN с использованием подслоя TiN.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: XIII Национальной конференции по росту кристаллов НКРК-2008, Москва, 17-21 ноября 2008 г.; 10-й молодежной конференции по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Санкт-Петербург, 1-5 декабря 2008 г.; конференции ICDS-25, Санкт-Петербург, 20-24 июля 2009 г.; 6th Workshop on Functional and Nanostructured Materials, 10th Conference on Intermolecular and Magnetic Interactions in Matter, Sulmona-L'Aquila, Italy, 27-30 September 2009; 7-й Всероссийской конференции Нитриды галлия, индия и алюминия — структуры и приборы, Москва, 1-3 февраля 2010г.; XIV Национальной конференции по росту кристаллов НКРК-2010, Москва, 6-10 декабря 2010 г.; 8-й Всероссийской конференции Нитриды галлия, индия и алюминия -структуры и приборы, Санкт-Петербург, 26-28 мая 2011 г.

Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 18 работах соискателя, из них 5 статьи в изданиях, входящих в утвержденный ВАК перечень ведущих рецензируемых научных изданий

Личный вклад автора.

Автором лично проведен обзор литературных источников и

систематизированы данные по получению слоев нитрида галлия на сапфире

методом HVPE. Проведены эксперименты по подбору геометрии источника и

е

технологических параметров для получения однородных по толщине слоев GaN при скорости роста -100 мкм/час. Выращены слои GaN различной толщины на подложках сапфира различной (с, а, ш, г) ориентации. Проведены эксперименты по получению самоотделяющихся слоев «квазиподложек» нитрида галлия, при использовании подслоя TiN. Совместно с научным руководителем сформулирована цель работы, проведено обсуждение и обобщение полученных в диссертации данных, осуществлена интерпретация результатов. Работа поддержана: - РФФИ 08-02-00058 -РФФИ 11-02-00718

Результаты защищены ноу-хау ОАО «Гиредмет» Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка опубликованных работ по материалам диссертации и списка используемой литературы. Объем диссертации составляет 121 страницу текста, включая 62 рисунка, 9 таблиц и 108 ссылок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во Введении приводится обоснование темы диссертационной работы, сформулирована ее цель и задачи, показана научная новизна и практическая значимость проведенных исследований, представлены основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассматривается динамика развития способов получения нитрида галлия. Следует отметить, что первым методом получения эпитаксиальных слоев GaN был метод хлоридно-гидридной эпитаксии (HVPE). Описаны свойства нитрида галлия, такие как: кристаллическая структура, зонная структура, физико-химические и химические свойства, термическая стабильность, механические, электрофизические и оптические свойства. Рассмотрены основные методы

7

получения слоев ОаЫ: молекулярно лучевая эпитаксия (МВБ), эпитаксия с использованием металлоорганических соединений (МОСУО) и (НУРЕ), их преимущества и недостатки. Обосновывается выбор подложечного материала для роста ваИ. Рассмотрены методы получения самоотделяющихся слоев СаМ. Показаны основные виды дефектов в слоях ваЫ: точечные дефекты, дислокации и дефекты упаковки, а также специфические протяженные дефекты - инверсионные (антифазные) домены.

Во второй главе описывается установка ЭТР-100, рассмотрена технологическая схема процесса НУРЕ и методы изучения структурных свойств слоев Оа№ рентгенодифрактометрические исследования, избирательное химическое травление в сочетании с оптической микроскопией, атомно-силовая микроскопия.

Технологический процесс выращивания слоев ваЫ на сапфире проводится в кварцевом реакторе вертикального типа диаметром 80 мм, рассчитанном на использование стандартных подложек диаметром два дюйма. Хлористый галлий ОаС1 поступает в зону осаждения к подложке, расположенной на вращающемся пьедестале. В эту же зону подается аммиак (ЫН3) с потоком газа-носителя азота (N2). В зоне осаждения происходит реакция ваС1 с активным азотом, который образуется в результате разложения ЫН3, с образованием GaN на подложке сапфира. Температура в источнике Оа и в зоне осаждения контролируется платино-платинородиевыми термопарами. Конфигурация газовой схемы позволяет выращивать слои нитрида галлия различной толщины, проводить газовое травление полученных пленок, а так же проводить легирование полученных пленок. Печь состоит из четырех резистивных нагревателей расположенных по образующей цилиндра, диаметром 90 мм. Конструкция печи позволяет гибко управлять температурным профилем по оси реактора и получать температуру в зоне источника от 500 до 1000°С, в зоне осаждения 500 -1200°С. В качестве нагревателя в нем использована проволока из сплава

«Каг^аЬ с рабочей температурой до 1300°С.

8

Система управления ростовой установкой обеспечивает решение широкого круга задач, связанных с необходимостью отработки и выбора различных вариантов технологических режимов. Алгоритм управления установкой предоставляет большие возможности для экспериментирования с технологическими режимами с возможностью отбора и запоминания наиболее удачных решений.

В третьей главе описаны технологические основы получения эпитаксиальных слоев ваЫ на сапфире методом НУРЕ.

В первом разделе показаны методы определения толщины и скорости роста выращенного слоя СтаЫ. Измерение толщины слоев ОаЫ проводится по формуле:

АР 4хДР 4 х 10000 х АР .. __ д_

й =---;-=---= 80,22 X АР

хРсак я-х5,08 х6,15

где И — толщина слоя нитрида галлия (мкм);

ДР - масса нитрида галлия (г); - диаметр подложки (мм);

Роаи - плотность нитрида галлия, которая, согласно справочной литературе, равна 6,15 г/см3.

Средняя скорость роста определялась делением толщины выросшего слоя на продолжительность процесса роста в часах.

Измерения толщины слоя по сколу проводится на микроскопе Ро1ууаг с увеличением от 40 до 1000 в зависимости от толщины слоя с использованием насадки с объект-микрометром.

Во втором разделе рассматриваются три варианта конструкции источника ва, их влияние на скорость роста и однородность распределения слоя ОаЫ по подложке:

- в первом варианте использовался патрубок длинной 10 мм., расстояние от патрубка источника до подложки составляло 130 мм, диаметр патрубка — 8 мм. Недостатками первого варианта источника являлись низкая

скорость роста GaN (7 мкм/час) и низкий выход Ga в слой GaN на подложке

(2,26%)

- во втором варианте увеличили длину патрубка до 120 мм., расстояние от патрубка источника до подложки составило 10 мм. При использовании второго варианта выход галлия в пленку резко увеличился до уровня более чем 50%, т.е. в 25 раз. Однако, при достаточно большой скорости роста (-150 мкм/час), распределение толщины слоя по подложке крайне неоднородно и сопровождается появлением поликристаллического GaN в центральной части подложки.

- в третьем варианте длину патрубка уменьшили до 100 мм., расстояние от патрубка до подложки составило 30 мм, диаметр патрубка увеличили до 30 мм. При использовании третьего варианта источника выращенный слой GaN распределился гораздо более однородно и соотношение толщины слоя в центре и по краям равно 2:1. Выход галлия в слой GaN на подложке уменьшился до 30%.

Из использованных вариантов источника наиболее оптимальным является 3 вариант геометрии источника, так как позволяет получать

наиболее равномерное распределение слоя GaN по подложки при скорости -100 мкм/час.

В третьем разделе с целью выбора условий получения более однородных по толщине слоев было проведены исследования совместного влияния на распределение толщины слоев по подложке и морфологию их поверхности двух технологических параметров: расстояния L от патрубка, подающего GaCl, до подложки и потока азота Q, разбавляющего НС1. L изменяли в диапазоне от 12 до 60 мм, a Q от 2 до 200 л/чае.

Рис. 1. Схема установки для выращивания слоев ОаЫ. <3 -поток газа-носителя N2 через источник йа, Ь - расстояние от патрубка до поверхности подложки.

Схема установки для получения слоев ОаЫ методом НУРЕ показана на рис. 1.

На рис. 2. показана зависимость средней скорости роста слоев ваК от потока азота 9 по линии источника при различных расстояниях Ь от выходного патрубка, подающего ОаС1, до подложки. Для всех значений Ь с ростом величины потока скорость увеличивается, достигает максимума при значениях в интервале 40 -н 120 л/час и затем снижается. При увеличении расстояния Ь от патрубка до подложки положение максимума скорости смещается к большим значениям р. При очень малых значениях скорость роста возрастает при уменьшении Ь. Напротив, при больших расходах азота скорость роста с уменьшением Ь убывает.

Из графика зависимости скорости роста слоя от Ь (рис. 3), построенная по тем же данным, видно, что для О = 2 л/час скорость роста монотонно снижается при увеличении расстояния Ь. При (} = 60 л/час сначала происходит увеличение средней скорости роста, а при большом Ь - ее снижение; при С) = 200 л/час наблюдается монотонное возрастание средней скорости роста при увеличении расстояния между источником и подложкой.

12 чм * Я0 . Ь мм . I. — 60 мм ;

"35 кк! ш

Поток ЗЧ2 л/ч

■ О = 0 яЫ * О - л/ч аО - 200 Л/ч

ТП да Расегошйс от выхода

галлия до юшюжкк, им Рис. 3. Зависимость средней скорости роста

от расстояния между выходным патрубком

источника ва и подложкой.

Рис. 2. Зависимость средней скорости роста ваЫ от потока азота С) по линии источника при различных расстояниях Ь от выходного патрубка, подающего ОаС1, до подложки.

Таким образом, максимальная скорость роста будет обеспечиваться при среднем расстоянии от источника до подложки и средних скоростях газа-

носителя. Именно в этом случае будет обеспечиваться наиболее хорошее перемешивание компонентов с последующей их реакцией и осаждением.

Используя полученные данные, были выбраны средние значения параметров Ь = 20 мм и <3 = 60 л/час, при которых получили равномерное

■■¡¡■¡■¡ЩИ!

0 10 2() 30 40 50 Расстояние от край подложки, мм Рис. 4. Распределение толщины слоя ОаЫ по диаметру структуры, выращенной при значениях параметров : Ь = 20мм, <3 = 60 л/ч

Рис. 5. Морфология поверхности центральной области структуры, выращенной при Ь = 20мм, (2 = 60 л/ч

распределение слоя ОаЫ (±10% от среднего значения) (рис. 4.). Морфология поверхности слоя (рис. 5), выращенного в условиях, обеспечивающих равномерное распределение толщины слоя по диаметру структуры (Ь = 20 мм, (2 = 0 л/час), характеризуется зеркальной поверхностью с отдельными ямками роста.

В четвертом разделе описывается влияние на скорость роста других факторов: расход хлористого водорода, температура подложки и источника. Изучение этих технологических факторов на скорость роста ЄаИ показало что:

- скорость роста линейно зависит от расхода НС1 (рис.ба);

- скорость роста увеличивается практически в 2 раза в интервале температур подложки 1040-1080°С (рис.66);

- скорость роста не зависит от температуры источника в интервале температур 900-1000°С.

а) о)

Рис. 6. Зависимость скорости роста слоев ОаЫ от расхода НС1 (а) и температуры подложки (б)

Глава 4 посвящена исследованию влияния ориентации подложки сапфира на структурное совершенство слоев Са"Ы.

Кристаллографические ориентации слоев ваЫ относительно кристаллографических ориентаций подложек сапфира, на которых они выращены, приведены в таблице 1.

Таблица 1. Взаимная ориентация атомных плоскостей слоя ваИ и подложки сапфира в выращенных структурах. Кристаллографические направления в выращенных слоях ОаЫ, задающие оси координат в слое.

Атомные плоскости Ат.плоскости Кристаллографические

поверхности подложки (Ьк]1)| слоя направления выращенных

ОаЫ|| (Ьк]1)3 слоев ОаЫ, задающие оси

сапфира координат в плоскости слоя.

Условные обозначе- (hk.il), №1), Ось "х" Ось "у"

ния

с (0001), (0001), <2П0> <0110>

а (1120), (0001)| <2П0> <0110>

г (1012), (112 0), 2° от (2012Х подложки <0001> 2" к оси "х" <1100>

[11 (ЮІ0), (1013) <Ї2І0> <1010> 32° к оси "х"

Как видно из таблицы 1, выращивание на подложках сапфира а-ориентации растет слой ориентации (0001) (другой, известной из литературы, возможной ориентации слоя ваЫ (1010), в наших экспериментах получить на подложке а-ориентации не удалось), на подложке ш-ориентации - слой с частично полярной ориентацией (1013). Слои ваИ с неполярной ориентацией (1120) удалось получить только на подложках сапфира г-ориентации.

В процессе выращивания слоев ваК на подложки сапфира методом хлоридно-гидридной эпитаксии на поверхности слоев образуются различные морфологические дефекты, такие как террасы, пирамиды роста, ямы, а также полосчатый рельеф, связанный с наличием в слоях дефектов упаковки. В зависимости от ориентации поверхности слоя, наблюдаемые дефекты имеют на плоскости роста различную кристаллографическую направленность.

По-видимому, можно предположить, что различие морфологии поверхности слоев связано с формой зародышей, образующихся на поверхности подложек различной ориентации. На рис. 7 показана форма островков, образующихся на поверхности различно ориентированных подложек. Очевидно, что на подложках, с- и а-ориентации форма островков отличатся незначительно: на поверхности подложки с-ориентации - это четко выраженные гексагоны, а на поверхности подложки а-ориентации -деформированные гексагоны. При выращивании на подложке ш-ориентации образуются островки, представляющие собой треугольные призмы, а на подложках г- ориентации зародыши имеют прямоугольную форму.

Рис. 7. Островки роста, наблюдаемые на поверхности подложек сапфира различной

с-А1203 а-А1203 ш-А1203 г-А1203

ориентации.

Террасы возникают на поверхности слоев с- и ш ориентации при слоевом механизме роста и ограняются быстро растущими гранями. Кроме того, террасы наблюдаются на боковых гранях пирамид, которые образуются при спиральном росте вокруг какого-нибудь дефекта (инверсионного домена, винтовой дислокации или нанотрубки).

В слоях ориентации (0001), выращенных на подложках с и а ориентации, террасы развиваются в направлениях типа <0110>, а грани террас совпадают с направлениями типа <2110>.

В процессе эпитаксии на плоскостях типа (1013) образуются террасы, грани которых определяются пересечением плоскостей типа (12 10) с плоскостью роста. Распространение террас происходит вдоль направлений, почти совпадающих с проекциями направлений <2 110> и <112 0> в плоскости роста. Направления ребер террас в данном случае не могут быть заданы направлениям с малыми индексами, но они совпадают с проекциями направлений <1100>и <0110> на плоскость (1013).

Ямы роста в слоях ваИ, ориентированных по плоскостям (0001) и (1013) имеют четкую кристаллографическую огранку. Ямы роста в слое ориентации (0001) представляют собой перевернутую гексагональную пирамиду. Ребра, ограничивающие ямы на поверхности, идут вдоль направлений типа <0110>.

На поверхности слоев ОаЫ ориентации (1013) наблюдаются ямы роста

треугольной формы (при малой толщине слоя), которые в процессе роста

толщины слоя увеличиваются в размере и их форма изменяется с

треугольной на ромбовидную. Ребра ям роста представляют собой линии

пересечения плоскостей типа {0110} с плоскостью роста (1013). При этом

направления этих линий не совпадает с направлением с малыми индексами.

Однако следует указать, что и в этом случае, также как при выращивании на

плоскости (0001), направления террас и ребра ям роста взаимно

перпендикулярны. Причина такого соотношения направлений террас и ребер

15

ям роста не ясна. На плоскости ориентации (11 2 0) ямы роста не наблюдаются.

Наиболее сильно развитый рельеф поверхности наблюдается в слоях ориентации (11 2 0). Морфология поверхности с ростом толщины слоя изменяется. Скол, проходящий по плоскости (1010) подложки, выявляет зубчатый рельеф поверхности. Такое изменение морфологии поверхности в слоях ориентации (1120) связано со сложным механизмом роста слоев. При сращивании островков в виде вытянутых гребней с незначительной разориентацией друг относительно друга и подложки образуется много блоков, которые, по мере роста толщины слоя разрастаются, поглощая более мелкие. Поверхность толстых слоев ориентации (1120) имеет характерный вид, представляющий собой множество пирамид со сглаженными ребрами и вершиной, каждая из которых имеет в основании параллелограмм.

Полосчатый рельеф, наблюдается на поверхности слоев, выращенных на подложках ш- и r-ориентации и возникает при пересечении поверхности слоя дефектами упаковки различного типа (базовых и призматических), образующихся вблизи гетерогранице при наращивании слоев на подложках т- и r-ориентации. В слоях GaN ориентации (0001) дефекты упаковки наблюдаются редко. В неполярных (1120), и полуполярных (1013) слоях GaN, выращенных на подложках сапфира гит ориентации, образуется большая плотность дефектов упаковки.

Так как в слоях GaN при выращивании на сапфире возникают большие напряжения, связанные с несоответствием параметров решетки и коэффициентов термического расширения слоя и подложки, то при охлаждении структуры, в слоях GaN образуются трещины. В слоях GaN, ориентированных по плоскости (0001) образуется треугольная сетка трещин, идущих вдоль направления <2Ш> (рис. 8а). Также наблюдаются трещины, идущие вдоль направления <0110>.

Рис. 8. Трещины в слоях Оа1М различной ориентацией: (0001) (с подложка) (а), (0001) (а подложка) (б), (1120) (в).

Согласно литературным данным, трещины в слоях, ориентированных по плоскости (0001), идут параллельно плоскостям {10 1 0} слоя. Микротрещины в слое идут по направлению, перпендикулярному линии скола всей структуры. Если слой значительно тоньше чем подложка, то вся структура растрескается по плоскостям, определяемым кристаллографией подложки, а не слоя: для сапфира ориентации (0001) трещины на поверхности идут вдоль направления <1120> подложки, которое совпадает с направлением <0110> слоя.

В структурах слоев ОаК ориентации (0001), выращенных на подложках а ориентации, также наблюдается трещины, идущие по этим двум направлениям, однако доля трещин, идущих вдоль направления <0110>, возрастает (рис. 86). В слоях ОаЫ, ориентированных по плоскости (1120) наблюдается почти ортогональная система трещин, идущих по направлениям <1100> и <0001> (рис. 8в).

В главе 5 представлены исследования режимов получения «квазиподложек» GaN при использовании подслоя Ть

Для получения качественных «квазиподложек» ОаИ методом хлоридно-гидридной эпитаксии необходимо обеспечить их структурное совершенство и возможность воспроизводимого отделения слоев от инородных подложек. Значительное улучшение структуры слоев наблюдается при боковом заращивании предварительно сформированных на подложках различных масок. Для качественного отделения квазиподложек

предлагается использовать дефектные слои Оа1Ч на гетерогранице структуры

17

с большой плотностью пор и микротрещин, по которым при остывании происходит отделение толстого слоя нитрида галлия. Эти технологические приемы могут работать одновременно при использовании промежуточных слоев, которые под воздействием высокой температуры и/или химического травления образуют пористую структуру, обеспечивая и боковое разращивание ваЫ и формирование дефектного слоя.

В качестве промежуточного слоя предлагается использовать слой аморфного Т| толщиной 5-100 нм. При отжиге, при температуре 1060°С в атмосфере аммиака, "П образуется НИ в жидком состоянии. В дальнейшем ТЧЫ за счет сил поверхностного натяжения формирует наносетку, состоящую из островков, играющую роль маски при росте слоя ваИ, это приводит к образованию дефектного слоя с нанопорами, по которому происходит

отделении ваК В настоящей работе слои И толщиной 20-50 нм наносились методом вакуумного напыления на различные типы подложек (сапфир с-ориентации, СаЫ-

темплейты с - г ориентации).

■ « м з,« « " Щ

Осажденный аморфный

Рис. 9. Поверхность СЛОЯ слой Т1 имел неровную образовавшегося после нагрева в потоке N2 и

нитридизации в атмосфере разбавленного поверхность и в таком состоянии

аммиака структуры Т^ОаЫ/с-АЬОз Н£ мог использоваться как

наномаска. Для этого слой "Л был отожжен при температуре 1060°С в течении 30 мин в потоке азота или газовой смеси N2: №!■,= 4:1 (рис.9).

Поверхность слоя "ПИ на темплейте ваИ после нитридизации характеризуется пористой столбчатой структурой с высотой столбиков ~ 400 нм, что указывает как на образование островков "ПИ, так и на частичное термическое разложение слоя ваЫ в порах слоя ТЖ при высокой температуре.

Были определены условия получения монокристаллических слоев ОаЫ с приемлемым качеством слоев и скоростью наращивания: температура источника йа - 925 - 970°С, температура подложки - 1060 - 1080°С; потоки по линии источника: НС1 - 1 л/час, N2-18 л/час; потоки по линии подачи аммиака: N1^3 - 50 л/час, N2 - 90 л/час, расстояние от подающего ОаС1 патрубка до подложки - 30 мм. Нитридизацию подложки со слоем П проводили в атмосфере N2 или в NHз:N2 (1:4) в течение 10 мин. В этих условиях средняя скорость роста составила до 100 мкм/час.

Рис. 10. Поверхность эпитаксиального слоя ваЫ, выращенного на структуре Т1/СаМ/с-А1203.

Слои ваН выращенные на структурах 'ПЛЗаН'с-А^Оз были монокристаллическими с ориентацией (0001), полушириной кривой качания Ъуг — 250"-^ 520" и плотностью дислокаций N(1 = 6-106 -1-107 см"2. Морфология поверхности полученных структур характеризовалась наличием

гексагональных ямок роста, террас и пирамид (рис. 10 а, б)).

При эпитаксии на темплейтах,

выращенных на г-А1203 методом МВБ, на

поверхности слоем наблюдается вытянутый

рельеф (рис. 11) и уширенные пики кривых

качания (1180" и 950" в направлении [0001]

530" в направлении [01 1 0]). При травлении в слоях выявлялись

дислокационные ямки травления с плотностью МО7 см"2 и дефекты

19

Рис. 11. Поверхность эпитаксиального слоя выращенного на структуре Т^ОаЫ/г-АЬОз

упаковки. На темплейтах толщиной порядка 1,5 мкм, выращенных в лаборатории и имеющих сильно развитый рельеф, получили блочные слои с разориентацией блоков 0,35-0,5° или 1,25°.

Слои ОаЫ полностью отделялись по нарушенному слою ТПМ-темплейт либо при охлаждении от температуры выращивания, либо при незначительном механическом давлении. На рис. 12а,б показаны сколы слоя и подложки с оставшемся на ней темплейте. Очевидно, что на нижней кромке слоя, так и верхней кромке темплейта

Рис. 12. (а) Скол отделившегося от наблюдаются ямки. Ямки на нижней

структуры Т1Ы/0аЫ/с-А1203 200-мкм кромке слоя образовались при

слоя ОаЫ, (6) остаток темплейта на

сапфировой подложке. латеральном разращивании слоя ваК

На поверхности темплейта ямки, как было указано выше, образуются в процессе нитридизации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

¡.Проведено исследование технологических процессов получения

эпитаксиальных слоев ваИ методом хлоридно-гидридной эпитаксии на

подложках сапфира различной ориентации. Разработана методика получения

эпитаксиальных слоев ваЫ неполярной ориентации (1120), на подложках

сапфира г- ориентации, с плотностью дислокаций 107 см"2

2. Проведено исследование влияния формы источника ва на скорость

роста и однородность осаждения слоев СаЫ на подложку сапфира методом

хлоридно-гидридной эпитаксии в реакторе вертикального типа. Разработана

схема источника, позволяющая получать относительно однородные по

толщине слои ОаИ, при скорости роста -100 мкм/час. Исследовано влияние

технологических параметров на скорость роста. Выявлено, что зависимость

скорости роста ОаЫ от потока НС1, практически линейна в диапазоне 0-3

20

л/ч; температура источника не влияет на скорость роста ваИ в интервале 930 - 1030°С; скорость роста ваИ повышается примерно в 2 раза при увеличении температуры подложки от 1040 °С до 1080 °С.

3. Проведенные исследования показывают, что для получения однородного (±10мкм) эпитаксиального слоя ваЫ с зеркальной поверхностью необходим поток газа-носителя через источник 60 л/ч и расстояние от патрубка источника до подложки 20 мм.

4. Показана связь геометрии морфологических дефектов, образующихся на поверхности слоя с ориентацией поверхности слоев ОаЫ. Обнаружено, что в зависимости от ориентации поверхности слоя ОаЫ одни и те же дефекты, такие как террасы и ямы роста, ограняются различными плоскостями, линии пересечения которых с поверхностью роста идут по различным направлениям. Однако направления террас всегда перпендикулярны направлению граней ям рост. Показано, что направления трещин также зависят от ориентации поверхности слоя.

5. С ростом толщины слоев ОаЫ, выращенных на подложках сапфира всех исследованных ориентаций, их структурное совершенство, оцениваемое по величине полуширины КДО и плотности дислокаций, существенно улучшается. При толщине слоя в несколько сотен мкм плотность дислокаций приближается к значениям 1- 107 см"2.

6. Получены толстые неполярные самоотделяющиеся от подложки слои с толщиной около 200 мкм и с плотностью дислокаций на уровне ~107 см"2. Показано, что использование подслоя на темплейте ОаЫ улучшает самоотделение выращенных на нем слоев СаЫ, по сравнению с использованием подслоя НИ на сапфире.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. А.А. Донское, В.И. Ратушный, А.В. Марков. Зависимость скорости роста и однородности слоя от параметров роста при выращивании толстых слоев GaN на сапфире методом хлорид-гидридной эпитаксии. Санкт - Петербург, Декабрь 2008 г., Сб. тезисов, С. 11.

2. A. A. Donskov, L. I. D'yakonov, А. V. Govorkov, Y. P. Kozlova, V. V. Kuznetsov, S. S. Malakhov, A. V. Markov, M. V. Mezhennyi, V. F. Pavlov, A. K. Polyakov, V. I. Ratushnyi, N. B. Smirnov, T. G. Yugova. Non-Polar GaN Films Prepared on Si Substrates Using Porous A1203 Anodic Oxide Masks. 6th Workshop on Functional and Nanostructured Materials, 10th Conference on Intermolecular and Magnetic Interactions in Matter. Sulmona-L'Aquila, Italy, 27-30 September 2009,- P 252.

3. A. Y. Polyakov, A. V. Markov, M. V. Mezhennyi, A. V. Govorkov, V. F. Pavlov, N. B. Smirnov, A. A. Donskov, L. I. D 'yakonov, Y. P. Kozlova, S. S. Malakhov, T. G. Yugova, V. I. Osinsk)', G. G. Gorokh, N. N. Lyahova, V. B. Mityukhlyaev, S. J. Pearton. Nonpolar GaN grown on Si by hydride vapor phase epitaxy using anodized A1 nanomask. // Apl. Phys. Lett. 94, 022114(2009)

4. A.A. Donskov, L.I. D'yakonov, A.V. Govorkov, Y.P. Kozlova, S.S. Malakhov, A.V. Markov, M.V. Mezhennyi, V.F. Pavlov, A.Y. Polyakov, N.B. Smirnov, T.G. Yugova, S.J. Pearton. Improved crystalline quality nonpolar a-GaN films grown by hydride vapor phase epitaxy. // J. Vac. Sci. Technol. В (26)6, Nov/Dec 2008. - P. 1937-1941.

5. A. Govorkov, A. Donskov, L. Diakonov, Y. Kozlova, S. Malahov, A. Markov, M. Mezhennyi, V. Pavlov, A. Polykov, T. Yugova. The influence of sapphire substrate orientation on crystalline quality of GaN films grown by hydride vapor phase epitaxy.// Physica В 404 (2009) 4919-4921.

6. А.А. Донское, Л.И. Дьяконов, Ю. П. Козлова, С. С. Малахов, А.В. Марков, М.В. Меженный, В. Ф. Павлов, А.Я. Поляков, Н.Б. Смирнов, Т. Г. Югова. Структура толстых слоев нитрида галлия с неполярной ориентацией, выращенных методом хлорид-гидридной эпитаксии. XIII Национальная конференция по росту кристаллов. Москва, ноябрь 2008 г., Сб. тезисов, С. 188.

7. А.А. Донское, Л.И. Дьяконов, А.В. Говорков, Ю. П. Козлова, А.Я. Поляков, С. С.

Малахов, А.В. Марков, М. В. Меженный, В. Ф. Павлов, Н.Б. Смирнов, Т. Г. Югова,

М.П. Духновский, А.К. Ратникова, Ю.Ю. Федоров, В.И. Ратушный, О.Ю. Кудряшов,

И.А. Леонтьев. Пленки нитрида галлия, выращенные методом хлорид-гидридной

эпитаксии на поликристаллическом алмазе с использованием наноструктуированых слоев

TiN и анодированного окисла алюминия. 7-ая Всероссийская конференция, Нитриды

22

галлия, индия и алюминия - структуры и приборы. Москва, февраль 2010г., Сб. тезисов, С. 147-148.

8. A.A. Донское, Л.И. Дьяконов, М.П. Духновский, A.B. Говорков, Ю. П. Козлова, С.С. Малахов, A.B. Марков, М. В. Меженный, В. Ф. Павлов, А.Я. Поляков, А.К. Ратникова, Н.Б. Смирнов, Т.Г. Югова. Свойства отделенных от подложки толстых слоев нитрида галлия, выращенных методом хлорид-гидридной эпитаксии на темплетах нитрид галлия -сапфир с использованием наномаски из TiN. 7-ая Всероссийская конференция, Нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и приборы. Москва, февраль 2010г., Сб. тезисов, С. 147-148.

9. A.A. Донское, Л.И. Дьяконов, Ю. П. Козлова, С.С. Малахов, A.B. Марков, М.В. Меженный, В. Ф. Павлов, Т.Г. Югова. Особенности морфологии поверхности слоев GaN, выращенных на подложках сапфира различной ориентации. 7-ая Всероссийская конференция, Нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и приборы. Москва, февраль 2010г., Сб. тезисов, С. 183.

10. A.V. Govorkov, A.A. Donskov, L.I. D'yakonov, Y.P. Kozlova, S.S. Malakhov, M.V. Mezhennyi, V.F. Pavlov, A.Y. Polyakov, T.G. Yugova. The influence of sapphire substrete orientation on crystalline quality of GaN films grown by hydride vapor phase epitaxy. 25 th international Conference Defects in semiconductors, St Petersburg, Russia, July 20-24, 2009 - P. 4919-4921.

11. A.A. Донское, Л.И. Дьяконов, Ю.П. Козлова, С.С. Малахов, М.В. Меженный, В.Ф. Павлов, Т.Г. Югова. Влияние ориентации подложки сапфира на особенности морфологии поверхности и структурное совершенство толстых слоев ориентации подложки сапфира на особенности морфологии поверхности и структурное совершенство толстых слоев GaN, выращенных методом хлоридно-гидридной эпитаксии. // Кристаллография,- 2011.- N2.- С. 294-302.

12. А.И. Белогорохов, A.A. Донское, Л.И. Дьяконов, Ю.П. Козлова, С.С. Малахов, М.В. Меженный, Т.Г. Югова. Влияние технологических параметров на однородность толщины и морфологию поверхности эпитаксиальных слоев GaN, полученных методом хлоридно-гидридной эпитаксии. // Материалы электронной техники,- 2011.- N 1,- С. 3036.

13. Л.Н. Кунзюкова, Т.Г. Югова, М.В. Меженный, С.С. Малахов, Ю.П. Козлова, A.A. Донское, A.B. Говорков, В.Ф. Павлов, А.Я. Поляков. Свойства эпитаксиальных слоев GaN, полученных с использованием различных буферных слоев. XIV Национальная конференция по росту кристаллов, IV Международная конференция «Кристаллофизика XXI века». Москва, декабрь 2010 г., Сб. тезисов, Т. 2, С. 84.

23

14. A.A. Донское, Л.И. Дьяконов, М.П. Духновский, A.B. Говорков, Ю.П. Козлова, С.С. Малахов, A.B. Марков, М.В. Меженный, В.Ф. Павлов, А.Я. Поляков, В.И. Ратушный, Н.Б. Смирнов, Т.Г. Югова. Морфология поверхности слоев GaN, выращенных на подложках сапфира a-, m-, с-, r-ориентации. XIV Национальная конференция по росту кристаллов, IV Международная конференция «Кристаллофизика XXI века». Москва, декабрь 2010 г., Сб. тезисов, Т. 2, С. 86.

15. A.A. Донское, Л.И. Дьяконов, A.B. Говорков, Ю.П. Козлова, С.С. Малахов, A.B. Марков, М.В. Меженный, В.Ф. Павлов, А.Я. Поляков, В.И. Ратушный, Н.Б. Смирнов, Т.Г. Югова. Влияние ориентации поверхности подложки сапфира на структурное совершенство эпитаксиальных слоев GaN, полученных методом хлоридно-гидридной эпитаксии.7-ая Всероссийская конференция, Нитриды галлия, индия и алюминия -структуры и приборы. Москва, февраль 2010г., Сб. тезисов, С. 99.

16. А.И. Белогорохов, A.A. Донское, Л.И. Дьяконов, Ю.П. Козлова, С.С. Малахов, М.В. Меженный, Т.Г. Югова. Влияние технологических параметров на однородность толщины и морфологию поверхности эпитаксиальных слоев GaN, полученных методом хлоридно-гидридной эпитаксии. 8-ая Всероссийская конференция, Нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и приборы. Санкт-Петербург, май 2011г., Сб. тезисов, С. 67.

17. A.A. Донское, Л.И. Дьяконов, Ю.П. Козлова, С.С. Малахов, М.В. Меженный, Т.Г. Югова. Особенности поведения HCl и NH3 в газовой схеме установки для выращивания GaN методом хлоридно-гидридной эпитаксии. 8-ая Всероссийская конференция, Нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и приборы. Санкт-Петербург, май 2011г., Сб. тезисов, С. 214.

18. A.A. Донское, Ю.П. Козлова, Л.Н. Кунзюкова, С.С. Малахов, М.В. Меженный,

B.Ф. Павлов, Т.Г. Югова. Исследование структурного совершенства эпитаксиальных слоев GaN, полученных методом хлоридно-гидридной эпитаксии с использованием низкотемпературного буферного слоя. 8-ая Всероссийская конференция, Нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и приборы. Санкт-Петербург, май 2011г., Сб. тезисов,

C. 218.

Подписано в печать:

12.12.2012

Заказ № 7973 Тираж - 100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. История получения ваИ.

1.2. Свойства ваМ.

1.2.1. Кристаллическая структура.

1.2.2. Зонная структура.

1.2.3. Физико-химические свойства.

1.2.4. Химические свойства и термическая стабильность.

1.2.5. Механические свойства.

1.2.6. Электрофизические и оптические свойства.

1.3. Методы получения эпитаксиальных слоев.

1.3.1. Молекулярно лучевая эпитаксия.

1.3.2. Металло-органическая гибридная эпитаксия.

1.3.3. Хлоридно—гибридная эпитаксия.

1.4. Подложки для гетероэпитаксии ОаК.

1.5. Получение самоотделяющихся слоев СаК.

1.6 Дефекты в гетероэпитаксиальных слоях ОаМ.

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ

ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ GaN.

2.1 Описание установки для выращивания слоев ОаК методом НУРЕ.

2.1.1 Газовый блок.

2.1.2 Печной блок.

2.1.3 Система автоматического управления процессом НУРЕ.

2.2. Технологическая схема выращивания слоев ОаК.

2.2.1. Подготовительные операции.

2.2.1.1. Сборка реактора.

2.2.1.2. Загрузка подложек.

2.2.1.3. Герметизация реактора.

2.2.2. Технологический цикл выращивания эпитаксиальных слоев ОаИ в автоматическом режиме.

2.2.2.1.Продувка установки азотом.

2.2.2.2. Нагрев печи до температуры осаждения слоя ОаИ.

2.2.2.3. Подача хлористого водорода.

2.2.2.4. Подача аммиака в газовую схему.

2.2.2.5. Нитридизация подложки сапфира.

2.2.2.6. Эпитаксия слоев ОаЫ.

2.2.2.7. Окончание процесса вырагцивания пленки.

2.2.2.8. Остывание камеры.

2.2.3. Разгрузка реактора.

2.3. Методы исследования эпитаксиальных слоев ОаИ.

2.3.1. Рентгенодифрактометрические методы исследования.

2.3.2. Избирательное химическое травление.

2.3.3. Атомно-силовая микроскопия.

ГЛАВА 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ GaN МЕТОДОМ НУРЕ.

3.1. Определение толщины и скорости роста выращенного слоя ваК.

3.2. Выбор геометрии источника галлия.

3.2.1. Первый вариант геометрии источника Оа.

3.2.2. Второй вариант геометрии источника Оа.

3.2.3. Третий вариант геометрии источника Оа.

3.3. Влияние расположения источника относительно подложки и расхода газа-носителя, поступающего к источнику галлию на скорость роста и однородность толщины слоя по диаметру подложки.

3.4. Влияние технологических факторов на скорость роста нитрида галлия.

3.4.1. Расход хлористого водорода.

3.4.2. Расход аммиака.

3.4.3. Температура источника и подложки.

ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ОРИЕНТАЦИИПОДЛОЖКИСАПФИРА НА СТРУКТУРНОЕ СОВЕРШЕНСТВО ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ

ГЛАВА 5. ПОЛУЧЕНИЕ «КВАЗИПОДЛОЖЕК» GaN С

ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОДСЛОЯ Т1.

Нитриды третьей группы (InN, GaN, AIN) и твердые растворы на их основе являются объектами интенсивного исследования из-за их уникальных свойств. Одним из наиболее значимых преимуществ является широкий диапазон изменения ширины запрещенной зоны от 1,95 до 6,3 эВ в зависимости от состава твердого раствора. Именно поэтому у данных материалов существует значительный потенциал для использования их в коротковолновой, электролюминесцентной, высокотемпературной, высокомощной и высокочастотной электронике. Обширный диапазон изменения ширины запрещенной зоны, сильные связи взаимодействия и высокая теплопроводность GaN и его твердых растворов делают их особенно перспективными материалами для применения в оптоэлектронике, например в полноцветных экранах, емкостных накопителях информации, ультрафиолетовых детекторах, СВЧ-приборах, светоизлучающих и лазерных диодах, излучающих во всей видимой и ультрафиолетовой областях спектра.

Вследствие малой величины ковалентного радиуса N, параметр решетки кристаллов нитридов значительно меньше, чем у других полупроводниковых соединений класса AmBv, а большие значения энергии связи (2,2 эВ для GaN) являются причиной высокой температуры плавления [8]. Кроме того молекулярный азот (N2) очень трудно растворяется в жидком галлии, даже при высоком давлении и температуре около 2000 °С, что затрудняет выращивание кристаллов из расплава и скорости роста этих «объёмных» кристаллов чрезвычайно низкие, поэтому их, как правило, получают в виде монокристаллических эпитаксиальных пленок, а перечисленные приборы изготавливают на основе гетероэпитаксиальных структур [2].

Начиная с 60-х годов прошлого века прилагались значительные усилия по разработке технологических процессов получения и исследования свойств монокристаллов и эпитаксиальных слоев GaN. Однако прогресс в разработке технологических процессов получения эпитаксиальных слоев GaN сдерживался отсутствием подходящих нитридных подложек, на которых можно было вырастить эпитаксиальные слои GaN высокого качества. Поэтому обычной практикой является гетероэпитаксиальный рост нитрида галлия на инородных подложках с большим рассогласованием решеток, таких, как сапфир (обычно использовалась грань А1203 (0001)). Наиболее распространенным методом получения толстых слоев нитрида галлия является хлоридно-гидридная эпитаксия (HVPE), обеспечивающая максимальные скорости роста. Как известно, большое несоответствие периодов кристаллических решеток и коэффициентов термического расширения подложки и наращиваемых слоев GaN приводит к существенной дефектности рабочих слоев приборов и, как следствие, к снижению их рабочих характеристик.

Поэтому в настоящей работе исследуется технологический процесс получения эпитаксиальных слоев GaN и способ получения самоотделяющихся «квазиподложек» GaN.

Цель работы:

Определение оптимальных режимов технологических процессов эпитаксии слоев GaN на подложках сапфира, включающих: выбор конструкции источника Ga, определение влияния расхода HCl, температур источника и подложки на скорость роста слоев GaN, расположения патрубка источника по отношению к подложке и величины расхода газа-носителя азота на однородность распределения толщины слоя по диаметру подложки. Получение и исследование влияния ориентации поверхности подложки сапфира на структурные свойства GaN. Разработка метода получения самоотделяющихся слоев GaN (квазиподложек) с использованием подслоя TiN.

Научная новизна работы

1. Показано, что методом НУРЕ можно получать толстые, однородно распределенные по подложке слои ОаЫ с плотностью дислокаций 107 см"2, при скорости роста -100 мкм/час.

2. Впервые проведены комплексные исследования влияния ориентации поверхности подложки сапфира (с, а, гп и г) на механизмы роста, ориентацию поверхности слоев ваК и их структурные характеристики, а так же на кристаллографическую ориентацию плоскостей, ограничивающих различные дефекты структуры, такие как ямы и пирамиды роста, дефекты упаковки и трещины.

3. Получены слои неполярного ваИ на подложках сапфира г-ориентации.

4. Впервые получены неполярные самоотделяющиеся от подложки слои СаЫ. Показано, что использование подслоя Т^ на темплейте ваК улучшает отделение выращенных на нем слоев Оа>Т, по сравнению с использованием подслоя ТШ на сапфире.

Практическая значимость работы

Проведена оптимизация процесса НУРЕ для получения толстых, однородных по толщине слоев ОаЫ на подложках сапфира с плотностью дислокаций 107 см"2. Впервые проведены исследования по влиянию ориентации поверхности подложки сапфира на ориентацию поверхности слоев ваК и их структурных характеристик. Получены слои неполярного ваИ ориентации (1120) на подложках сапфира г-ориентации. Разработана методика получения самоотделяющихся неполярных слоев «квазиподложек» ваК с использованием подслоя ТОЧ.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Методом HVPE можно получать толстые, однородно распределенные по подложке неполярные слои GaN с плотностью

7 9 дислокаций 10 см", при скорости роста -100 мкм/час.

2. Определены морфологические особенности дефектов в слоях GaN в зависимости от ориентации подложки.

3. При использовании подслоя TiN можно получать толстые, неполярные, самоотделяющиеся от подложки слои GaN.

Достоверность результатов

Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обоснована воспроизводимостью результатов роста толстых слоев нитрида галлия на сапфире методом HVPE, а так же самоотделяющихся слоев «квазиподложек» GaN с использованием подслоя TiN. Достоверность структурных исследований обоснована использованием рентгенодифракционных и металлографических методов исследования.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: XIII Национальной конференции по росту кристаллов НКРК-2008, Москва, 17-21 ноября 2008 г.; 10-й молодежной конференции по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике, Санкт-Петербург, 1-5 декабря 2008 г.; конференции ICDS-25, Санкт-Петербург, 20-24 июля 2009 г.; 6th Workshop on Functional and Nanostructured Materials, 10th Conference on Intermolecular and Magnetic Interactions in Matter, Sulmona-L'Aquila, Italy, 27-30 September 2009; 7-й Всероссийской конференции Нитриды галлия, индия и алюминия -структуры и приборы, Москва, 1-3 февраля 2010г.; XIV Национальной конференции по росту кристаллов НКРК-2010, Москва, 6-10 декабря 2010 г.;

8-й Всероссийской конференции Нитриды галлия, индия и алюминия -структуры и приборы, Санкт-Петербург, 26-28 мая 2011 г.

Личный вклад автора.

Автором лично проведен обзор литературных источников и систематизированы данные по получению нитрида галлия на сапфире методом НУРЕ. Проведены эксперименты по подбору геометрии источника и технологических параметров для получения однородных по толщине слоев ваК при скорости роста ~ 100 мкм/час. Выращены слои ОаЫ различной толщины на подложках сапфира различной (с, а, т, г) ориентации. Проведены эксперименты по получению самоотделяющихся слоев «квазиподложек» нитрида галлия, при использовании подслоя ТЖ. Совместно с научным руководителем сформулирована цель работы, проведено обсуждение и обобщение полученных в диссертации данных, осуществлена интерпретация результатов.

Выводы

1. Проведено исследование технологических процессов получения эпитаксиальных слоев ваИ методом хлоридно-гидридной эпитаксии на подложках сапфира различной ориентации. Разработана методика получения эпитаксиальных слоев ОаК неполярной ориентации (1120), на подложках сапфира г- ориентации, с плотностью дислокаций 107 см"2

2. Проведено исследование влияния формы источника ва на скорость роста и однородность осаждения слоев ваК на подложку сапфира методом хлоридно-гидридной эпитаксии в реакторе вертикального типа. Разработана схема источника, позволяющая получать относительно однородные по толщине слои ваМ, при скорости роста -100 мкм/час. Исследовано влияние технологических параметров на скорость роста. Выявлено, что зависимость скорости роста ваК от потока НС1, практически линейна в диапазоне 0-3 л/ч; температура источника не влияет на скорость роста ваК в интервале 930 - 1030°С; скорость роста ваК повышается примерно в 2 раза при увеличении температуры подложки от 1040 °С до 1080 °С.

3. Проведенные исследования показывают, что для получения однородного (±10мкм) эпитаксиального слоя ваЫ с зеркальной поверхностью необходим поток газа-носителя через источник 60 л/ч и расстояние от патрубка источника до подложки 20 мм.

4. Показана связь геометрии морфологических дефектов, образующихся на поверхности слоя с ориентацией поверхности слоев ваМ. Обнаружено, что в зависимости от ориентации поверхности слоя ваК одни и те же дефекты, такие как террасы и ямы роста, ограняются различными плоскостями, линии пересечения которых с поверхностью роста идут по различным направлениям. Однако направления террас всегда перпендикулярны направлению граней ям рост. Показано, что направления трещин также зависят от ориентации поверхности слоя.

5. С ростом толщины слоев ваТЧ, выращенных на подложках сапфира всех исследованных ориентаций, их структурное совершенство, оцениваемое по величине полуширины КДО и плотности дислокаций, существенно улучшается. При толщине слоя в несколько сотен мкм плотность дислокаций приближается к значениям 1- 107 см-2.

6. Получены толстые неполярные самоотделяющиеся от подложки слои

7 2 с толщиной около 200 мкм и с плотностью дислокаций на уровне -10 см" . Показано, что использование подслоя Т^ на темплейте ваИ улучшает самоотделение выращенных на нем слоев Оа!Ч, по сравнению с использованием подслоя ТТК на сапфире. Благодарности

Автор выражает благодарность следующим людям: Белогорохову Александру Ивановичу, за общее руководство и всестороннюю помощь в написании работы.

Юговой Татьяне Георгиевне и Козловой Юлии Павловне, за ценные советы, постоянную поддержку, участие в обсуждении и написании работы.

Дьяконову Льву Ивановичу и Полякову Александру Яковлевичу за ценные советы и участие в обсуждении результатов исследований.

Ратушному Виктору Ивановичу и Маркову Александру Владимировичу, за создание условий для написания работы в ОАО «Гиредмет».

Малахову Сергею Сергеевичу и Стеблину Артуру Руслановичу за ценные советы и моральную поддержку.

Коллективу лаборатории 2.1 «Полупроводниковые материалы АШВУ»

Публикации по материалам диссертации

1. А. А. Донское, В.И. Ратушньш, А.В. Марков. Зависимость скорости роста и однородности слоя от параметров роста при выращивании толстых слоев GaN на сапфире методом хлорид-гидридной эпитаксии. Санкт -Петербург, Декабрь 2008 г., Сб. тезисов, С. 11.

2. A. A. Donskov, L. I. D'yakonov, А. V. Govorkov, Y. P. Kozlova, V. V. Kuznetsov, S. S. Malakhov, A. V. Markov, M. V. Mezhennyi, V. F. Pavlov, A. Y. Polyakov, V. I. Ratushnyi, N. B. Smirnov, T. G. Yugova. Non-Polar GaN Films Prepared on Si Substrates Using Porous A1203 Anodic Oxide Masks. 6th Workshop on Functional and Nanostructured Materials, 10th Conference on Intermolecular and Magnetic Interactions in Matter. Sulmona-L'Aquila, Italy, 2730 September 2009.- P 252.

3. A. Y. Polyakov, A. V. Markov, M. V. Mezhennyi, A. V. Govorkov, V. F. Pavlov, N. B. Smirnov, A. A. Donskov, L. I. D'yakonov, Y. P. Kozlova, S. S. Malakhov, T. G. Yugova, V. I. Osinsky, G. G. Gorokh, N. N. Lyahova, V. B. Mityukhlyaev, S. J. Pearton. Nonpolar GaN grown on Si by hydride vapor phase epitaxy using anodized A1 nanomask. // Apl. Phys. Lett. 94, 022114 (2009)

4. A.A. Donskov, L.I. D'yakonov, A.V. Govorkov, Y.P. Kozlova, S.S. Malakhov, A.V. Markov, M.V. Mezhennyi, V.F. Pavlov, A.Y. Polyakov, N.B. Smirnov, T.G. Yugova, S.J. Pearton. Improved crystalline quality nonpolar a-GaN films grown by hydride vapor phase epitaxy. // J. Vac. Sci. Technol. В (26)6, Nov/Dec 2008.-P. 1937-1941.

5. A. Govorkov, A. Donskov, L. Diakonov, Y. Kozlova, S. Malahov, A. Markov, M. Mezhennyi, V. Pavlov, A. Polykov , T. Yugova. The influence of sapphire substrate orientation on crystalline quality of GaN films grown by hydride vapor phase epitaxy.// Physica В 404 (2009) 4919^921.

6. A.A. Донское, JI.И. Дьяконов, Ю. П. Козлова, С. С. Малахов, А.В.

Марков, М.В. Меженный, В. Ф. Павлов, А.Я. Поляков, Н.Б. Смирнов, Т. Г.

Югова. Структура толстых слоев нитрида галлия с неполярной ориентацией, выращенных методом хлорид - гидридной эпитаксии. XIII Национальная

109 конференция по росту кристаллов. Москва, ноябрь 2008 г., Сб. тезисов, С. 188.

7. A.A. Донское, Л.И. Дьяконов, A.B. Говорков, Ю. П. Козлова, А.Я. Поляков, С. С. Малахов, A.B. Марков, М. В. Меженный, В. Ф. Павлов, Н.Б. Смирнов, Т. Г. Югова, М.П. Духновский, А.К. Ратникова, Ю.Ю. Федоров, В.И. Ратушный, О.Ю. Кудряшов, И.А. Леонтьев. Пленки нитрида галлия, выращенные методом хлорид-гидридной эпитаксии на поликристаллическом алмазе с использованием наноструктуированых слоев TiN и анодированного окисла алюминия. 7-ая Всероссийская конференция, Нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и приборы. Москва, февраль 2010г., Сб. тезисов, С. 147-148.

8. A.A. Донское, Л.И. Дьяконов, М.П. Духновский, A.B. Говорков, Ю. П. Козлова, С.С. Малахов, A.B. Марков, М. В. Меженный, В. Ф. Павлов, А.Я. Поляков, А.К. Ратникова, Н.Б. Смирнов, Т.Г. Югова. Свойства отделенных от подложки толстых слоев нитрида галлия, выращенных методом хлорид-гидридной эпитаксии на темплетах нитрид галлия - сапфир с использованием наномаски из TiN. 7-ая Всероссийская конференция, Нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и приборы. Москва, февраль 2010г., Сб. тезисов, С. 147-148.

9. A.A. Донское, Л.И. Дьяконов, Ю. П. Козлова, С.С. Малахов, A.B. Марков, М.В. Меженный, В. Ф. Павлов, Т.Г. Югова. Особенности морфологии поверхности слоев GaN, выращенных на подложках сапфира различной ориентации. 7-ая Всероссийская конференция, Нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и приборы. Москва, февраль 2010г., Сб. тезисов, С. 183.

10. А. V. Govorkov, A.A. Donskov, L.I. D'yakonov, Y.P. Kozlova, S.S.

Malakhov, M.V. Mezhennyi, V.F. Pavlov, A.Y. Polyakov, T.G. Yugova. The influence of sapphire substrete orientation on crystalline quality of GaN films grown by hydride vapor phase epitaxy. 25 th international Conference Defects in semiconductors, St Petersburg, Russia, July 20-24, 2009-P. 4919-4921. no

11. A.A. Донское, Л.И. Дьяконов, Ю.П. Козлова, С.С. Малахов, М.В. Меженный, В.Ф. Павлов, Т.Г. Югова. Влияние ориентации подложки сапфира на особенности морфологии поверхности и структурное совершенство толстых слоев ориентации подложки сапфира на особенности морфологии поверхности и структурное совершенство толстых слоев GaN, выращенных методом хлоридно-гидридной эпитаксии. // Кристаллография-2011.-N2.-С. 294-302.

12. А.И. Белогорохов, A.A. Донское, Л.И. Дьяконов, Ю.П. Козлова, С.С. Малахов, М.В. Меженный, Т.Г. Югова. Влияние технологических параметров на однородность толщины и морфологию поверхности эпитаксиальных слоев GaN, полученных методом хлоридно-гидридной эпитаксии. // Материалы электронной техники.- 2011.- N 1.- С. 30-36.

13. Л.Н. Кунзюкова, Т.Г. Югова, М.В. Меженный, С.С. Малахов, Ю.П. Козлова, A.A. Донское, A.B. Говорков, В.Ф. Павлов, А.Я. Поляков. Свойства эпитаксиальных слоев GaN, полученных с использованием различных буферных слоев. XIV Национальная конференция по росту кристаллов, IV Международная конференция «Кристаллофизика XXI века». Москва, декабрь 2010 г., Сб. тезисов, Т. 2, С. 84.

14. A.A. Донское, Л.И. Дьяконов, М.П. Духновский, A.B. Говорков, Ю.П. Козлова, С.С. Малахов, A.B. Марков, М.В. Меженный, В.Ф. Павлов, А.Я. Поляков, В.И Ратушный, Н.Б. Смирнов, Т.Г. Югова. Морфология поверхности слоев GaN, выращенных на подложках сапфира a-, m-, с-, г-ориентации. XIV Национальная конференция по росту кристаллов, IV Международная конференция «Кристаллофизика XXI века». Москва, декабрь 2010 г., Сб. тезисов, Т. 2, С. 86.

15. A.A. Донское, Л.И. Дьяконов, A.B. Говорков, Ю.П. Козлова, С.С.

Малахов, A.B. Марков, М.В. Меженный, В.Ф. Павлов, А.Я. Поляков, В.И.

Ратушный, Н.Б. Смирнов, Т.Г. Югова. Влияние ориентации поверхности подложки сапфира на структурное совершенство эпитаксиальных слоев GaN, полученных методом хлоридно-гидридной эпитаксии.7-ая Всероссийская in конференция, Нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и приборы. Москва, февраль 2010г., Сб. тезисов, С. 99.

16. А.И. Белогорохов, A.A. Донское, Л.И. Дьяконов, Ю.П. Козлова, С.С. Малахов, М.В. Меженный, Т.Г. Югова. Влияние технологических параметров на однородность толщины и морфологию поверхности эпитаксиальных слоев GaN, полученных методом хлоридно-гидридной эпитаксии. 8-ая Всероссийская конференция, Нитриды галлия, индия и алюминия -структуры и приборы. Санкт-Петербург, май 2011г., Сб. тезисов, С. 67.

17. A.A. Донское, Л.И. Дьяконов, Ю.П. Козлова, С.С. Малахов, М.В. Меженный, Т.Г. Югова. Особенности поведения HCl и NH3 в газовой схеме установки для выращивания GaN методом хлоридно-гидридной эпитаксии. 8-ая Всероссийская конференция, Нитриды галлия, индия и алюминия -структуры и приборы. Санкт-Петербург, май 2011г., Сб. тезисов, С. 214.

18. A.A. Донское, Ю.П. Козлова, Л.И. Кунзюкова, С. С. Малахов, М.В. Меженный, В.Ф. Павлов, Т.Г. Югова. Исследование структурного совершенства эпитаксиальных слоев GaN, полученных методом хлоридно-гидридной эпитаксии с использованием низкотемпературного буферного слоя. 8-ая Всероссийская конференция, Нитриды галлия, индия и алюминия -структуры и приборы. Санкт-Петербург, май 2011г., Сб. тезисов, С. 218.

1. Акимова А.Н., Оплесин B.JI., Подденежный В.Н. и др. II Эл. Техн. Сер. 3. Микроэлектр. 1973. - В. 5 (45). - С. 21-23.

2. Андреев В.М., Коган Л.М., Оплеснин B.JI. и др. II сб. 11 Всесоюзного совещания по широкозонным полупроводникам. Л., 1979.

3. Дьяконов Л.И., Козлова Ю.П., Марков A.B. и др. II Известия ВУЗов. Материалы электронной техники. 2008.-N. 1.- С. 47.

4. Крапухин В.В., Соколов И.А., Кузнецов Г.Д. II Технология материалов электронной техники М.: МИСиС,.- 1995 - С. 495.

5. Куликов С.И. Термодинамика карбидов и нитридов: Справочники) Мю: Металлргия,.- 1988. -С. 345.

6. Мармалюк A.A., Акчурин Р.Х., Горбылев В.А. II Известия вузов. Электротехника. -1998. -N 1. -С. 102-103.

7. Мармалюк A.A., Акчурин Р.Х., Горбылев В.А. II Неорган. Материалы. -1998. -V. 34. -N. 7. -С. 833-837.

8. Панков Дж., Люминесценция GaN // Материалы Международной конференции по люминесценции Л., 1972.

9. Самсонов Г.В, Кулик О.П., Полищук B.C. Получение и методы анализа нитридов. Киев: Наукова думка. -1978г. -С. 316л с

10. Стрельченко С.С., Лебедев В.В., Соединения AB // Справ. Изд. М.: Металлургия.- 1984.- С. 144.

11. Физико-химические свойства полупроводниковых веществ: Справочник / Под ред. A.B. Новоселовой. М.: Наука.- 1979.- С. 339.

12. Юнович А.Э. Светодиоды на основе нитрида галлия и проблемы освещения будущего // Светодиоды и лазеры 2003-N. 1-2.

13. Abernathy С. R., Mackenrie J. D., Pearton S. J., et al. II Appl. Phys. Lett. -1995. -V. 66. -N. 15. -P. 1969-1971.

14. Akasaki I. II Mater Res. Soc. Symp. Proc. -2001.-V. 639.-P. G8-1.1

15. Akasaki I., Amano H., Koide Y., Hiramatsu К., Sawaki N. II J. Crystal Growth.-1989.-V. 98.-P. 209.

16. Amano H., Sawaki N., Akasaki /., Toyoda T. II Appl. Phys. Lett.-1986.-V. 48.-P. 353.

17. M.Andre Y., Trassoudaine A., TourretJ., Cadoret R., Gil E., Castelluci D., Aoude O., Disseix P. Low dislocation density high-quality thick hydride vapour phase epitaxy (HVPE) GaN layers // J. Crystal Growth. 2007. - V. 306. - P. 86-93

18. Arroyo Y. Dasilva R., Zhu T., Martin D., Grandjean N., Jahn U., Stadelmann P. Defects in a-GaN grown on r-sapphire by hydrid evapor phase epitaxy // J. Crystal Growth. 2011. - V. 327. - P. 6-12

19. Brandt M. S., Johnson N. M., Molnar R. J. et al. II Appl. Phys. Lett. -1994. -V. 64. -N 17. -P. 2264-2266.

20. Cao X.C., Xu D.L., Guo H.M., Liu C.J., Yin Z.J., Li X.H., Qiu K., Wang Y.Q. The influence of reactor pressure on qualities of GaN layers grown by hydride vapor phase epitaxy // Thin Solid Films. 2009. - V. 517. - P. 2088-2091.

21. Cho Y.S., San Q., Lee I.H. et al II Appl. Phys. Lett.- 2008.- V. 93.- P. 111904

22. Christensn N.E., Gorczyca I. 11 Phys. Rev. B. -1994.-V. 50.-N. 7.-P. 43974415.

23. Chung H.Y.A., Wang C., Kirchner Cn. et al. II Phys. Stat. Sol.- 2000.-V. 180-N. l.-P .257-260.

24. Davis R.F. II Proc. JEE.-1991.-V. 79.-N. 5.-P. 702-712.

25. Dingle R., Shaklee K.L., Leheny R.F., Zetterstrom R.B. II Appl. Phys. Lett.-1971.-V. 19.-P. 5.

26. Doverspike K., Rowland L. B., Gaskill D.K. et al. II Int. Symp. Compound Semicond. San Diego. 18-22 Septembr 1994. Inst. Phys. Conf. Ser.- N 141. IOP Publishing Ltd.- 1995.-P. 101-106.

27. EjderE. II Phys. Stat. Sol. -1971.-V. 6.-P. 445.

28. Etzkorn E. V., Clarke D. V. II J. Appl. Phys.- 2001.- V. 89.- P. 1025.

29. Golan Y., WuX.H., Speck J.S. et al. Morphology and microstructural evolution in the early stages of hydride vapor phase epitaxy of GaN on sapphire // Appl. Phys. Lett.- 1998.-V. 73,-P. 3090.

30. Grandjean N., Massies J., Martinez Y., Vennegues P., Leroux M., Laugt M. GaN epitaxial growth on sapphire (0 0 0 1): the role of the substrate nitridation // Journal of Crystal Growth.- 1997.- V. 178.- P.220-228.

31. Harafuji T., Kawamura J. Molecular dynamics simulation for evaluating melting point of wurtzite-type GaN crystal // Appl. Phys.- 2004- P. 2501.

32. Hegems M., Montgomery H. C. II J. Phys. Chem. Solids.- 1973.- V. 34.- N. 6.-P. 885-895.

33. Hiramatsu K., Itoh S., Amano H., Akasaki I., Kuwano N., Shiraishi T., Oki K. II J. Crystal Growth.-199l.-V. 115.-P. 628.

34. Hong C.H., Wang K., Pavilidis D. II Int. Symp. Compound Semicond. San Diego. 18-22 September 1994. Inst. Conf. Scr. N 141. IOP Publishing Ltd. -1995. -P. 107-112.

35. Huang J., Shen K., Shiao W., Chen Y., Liu T., Tang T., Huang C., and Yanga C.C. Improved a-plane GaN quality grown with flow modulation epitaxy and epitaxial lateral overgrowth on r-plane sapphire substrate // Appl. Phys. Lett.2008.-V. 92.-P. 231902

36. Hwang S.J., Shan W., Hauenstien R.J. et al. II Appl. Phys. Lett.- 1994.- V.64.-N 22,- P. 2928-2930.

37. Ito K., Uchida Y., Lee S., Tsukimoto S., Ikemoto Y., Hirata K., Murakami M. Effects of TiN Buffer Layer Thickness on GaN Growth // J. Electron. Mater.2009.-V. 38.-N. 4

38. Jasinski J., Liliental-Weber Z // J. Electron. Mater.- 2002,- V. 31.- P. 429

39. Johnston C.F., Kappers M.J., Moram M.A.,.Hollander J.L, Humphreys C.J.115

40. Assessment of defect reduction methods for nonpolar a-plane GaN grow non r-plane sapphire // J. Crystal Growth. 2009. - V. 311. - P. 3295-3299

41. Johnston C. F., Kappers M. J., Barnard J. S., and Humphreys C. J. Morphological study of non-polar (11-20) GaN grown on r-plane (1-102) sapphire // Phys. Stat. Sol. 2008. -N. 6. - P. 1786-1788

42. Kim J. G., FrenkelA. C., Liu H. et al. II Appl. Phys. Lett.- 1994.- V. 65.- N 1.-P. 91-93.

43. Kim-Chauveau H., De Mierry P., Cabane H., and Gindhart D. In-plane anisotropy characteristics of GaN epilayers grown on A-face sapphire substrates // J. Appl. Phys. -2008.-V.104.-P. 113516

44. Kishino K., Sekiguchi H., Kikuchi A. Improved Ti-mask selective-area growth (SAG) by rf-plasma-assisted molecular beam epitaxy demonstrating extremely uniform GaN nanocolumn arrays. // J. Crystal Growth.- 2009.- V. 311.- P. 2063.

45. Koide Y„ Itoh N., Itoh K., Sawaki N. Akasaki I. II J. Appl. Phys.-1988.-V. 27.-P. 1156.

46. Kolnik J., Oguzman I.H., Brennan K.F. et al. II J. Appl. Phys.- 1995.- V. 78.-N2.-P. 1033-1037

47. Kroger R., Paskova T., Monemar B., Figge S., Hommel D. and Rosenauer A. Defect structure of a-plane GaN grown by hydride and metal-organic vapor phase epitaxy on r-plane sapphire // Phys. Stat. Sol. -2007. V. 4. - N. 7. - P. 25642567

48. Kuznia J.N., Yang J.W., Chen Q.C. et al. II Appl. Phys. Lett.- 1994.- V. 65.-N 19.- P. 2407-2409

49. Lambrecht W.R.L., Segall B., Strite S. et al. II Phys. Rev. B.-1994.-V. 50.-N. 19.-P. 14155-14158

50. Landolt-Bornstien. Numerical Data and Functional Relationships in Science and Technology / Edited by Madelung O. V. 17a. N. Y.: Springer.- 1982,- P. 427.

51. Lee H., Ha J., Goto T., Yao T., Kim C., Hong S. and Chang J. Spontaneoustransition in preferred orientation of GaN domains grown on r-plane sapphiresubstrate from (11-20) to (0001) // Appl. Phys. Lett. 2009. - V. 94. - P. 102103116

52. Lee W., Lee S., Goto H., Ko H, Cho M, Yao T. Novel buffer layer for the growth of GaN on c-sapphire // Phys. Stat. Sol.- 2006.-N. 6.- P .1388-1291.

53. Lin M.E., Sverdlov B.N., Strife S. et al. //Electron. Lett.- 1993.- V. 29.- N 20.-P. 1759-1761

54. Liu R., Bell A., Ponce F.A. et al II. Appl. Phys. Lett.- 2005.- V. 86.- P. 021908

55. Long X.C., Myers R.A., Brueck S.R.J, et al. II Appl. Phys. Lett.- 1995.- V. 67.-N 10.-P. 1349-1351.

56. Maruska H.P., TietjenJ.J. II Appl. Phys. Lett.-1969.-V. 15.-P. 327.

57. Mathis S. K., Romanov A. E., Chen L. F. et al. Modeling of threading dislocation reduction in growing gan layers // J. Cryst. Growth.-2001 V. 231-P.371-390.

58. Matsuoca T. II J. Vac. Sci. Technol. B. -1992. -V. 10. -N 4. -P. 1237-1266.

59. MeiJ., Srinivasan S., Liu R. et al II Appl. Phys. Lett.- 2006.- V. 88.- P 141912

60. Minsky M.S., White M. Hu E. L. II Appl. Phys. Lett. -1996. -V. 68. -N 1. -P. 1531-1533.

61. MonemarB. II Phys. Rev. -1974.-V. 10.-P. 676.

62. Mohammad S.N., Salvador A.A., Morkoc H. II Proe. IEEE. -1995. -V. 83.- N 10. -P. 1307-1355.

63. Molnar R. J., Lei T., Moustakas T.D. II Appl. Phys. Lett.- 1993.- V. 62.- N. 1.-P. 72-74.

64. Molnar R. J., Gotz W., Romano L.T., Johnson N.M. II J. Crystal Growth.-1997.- V. 178.- P.147-156.

65. Monemar B., Larsson H., Hemmingson C. et al II J. Crystal Growth.- 2005.- V. 281.-P. 17.

66. Moram M.A., Kappers M.J., Barber Z.H., Humphreys C.J. Growth of low dislocation density GaN using transition metal nitride masking layers // J. Crystal Growth.- 2007.- V. 298.- P. 268.

67. Moram M. A., Kappers M. J., Zhang Y., Barber Z H., and Humphreys C. J. Very low dislocation density, resistive GaN films obtained using transition metal nitride interlayers // Phys. Stat. Sol 2008. - V. 205-N. 5.- P .1064-1066.117

68. Morimoto Y. //J. Electrochem. Soc. -1974. -V. 121.-N 10. -P. 1383-1385.

69. Nakamura S. GaN growth using GaN buffer layer // J. Appl. Phys. 1991. - V. 30.-N. 10.-P. 1705-1707

70. Nakamura S., Fasol G. The Blue Laser Diode. GaN Based Light Emitters and Lasers. Berlin; Hejdelberg et al.: Springer.- 1997.-P. 343

71. Naniwae K., Itoh S., Amano H., Itoh K., Hiramatsu K. and Akasaki I. Growth of single crystal GaN substrate using hydride vapor phase epitaxy // Journal of Crystal Growth.- 1990.- V. 99.- P.381-384.

72. Narayanan V., Lorenz K., Kim W. et al. Origins of threading dislocations in GaN epitaxial layers grown on sapphire by metalorganic chemical vapor deposition // Appl. Phys. Lett.-2007.- V. 78(11).-P.1544-1546.

73. Neugebauer J., Van de Walle C.G. II Phys. Rev. B. -1994. -V. 50. -N. 11. -P. 8067-8070

74. Oshima Y., Eri T., Shibata M., Sunakawa H., Usui A. Fabrication of Freestanding GaN Wafers by Hydride Vapor-Phase Epitaxy with Void-Assisted Separation. // Phys. Stat. Sol. 2002.- V. 194.- N. 2.- P. 554-558.

75. Ozgur U., Fu Y., Moon Y.T., Yun F., Morkog H., Everitt H.O., Park S.S. and Lee K. Y. Long carrier lifetimes in GaN epitaxial layers grown using TiN porous network templates // Appl. Phys. Lett.- 2008.- V. 104.- P. 123525

76. Pankove J.I., Miller E.A., Richman D., Berkeyheiser J.E. II J. Lumin.-1971 .-V. 4.-P. 63.

77. Paskova T., Goldys E.M., Monemar B., II J. Crystal Growth.- 1991.- V. 200.-P. 1.

78. Proprties of Group III Nitrids / ditd by J. H. dgar // EMIS. Datarviws seris. N. London: INSPEC.- 1994.- P. 302.

79. Qiu C. H„ Hoggat C., Melton W. et al. II Appl. Phys. Lett.- 1995.- V. 66.-N. 20.-P. 2712-2714.

80. Rode D.L., Gaskill D.K. II Appl. Phys. Lett. -1995. -V. 66. -N. 15. -P. 19721974.

81. Seifert W., Franzheld R., Butter E., et al. II Cryst. Res. Technol. -1983. -V. 18. -N. 3. -P. 383-386.

82. Semiconductors. Group IV Elements and III-V Compounds / Editor Madelung O. Berlin Heidelberg.: Springer-Verlag.-1991.- P 164.

83. Strife S., Morkos H. II J. Vac. Sei. Technol. B.-1992.-V. 10.-N. 4.-P. 12371266.

84. Strife S. II Jpn. J. Appl. Phys. -1994. -V. 33. -N. 58. -P L699-L701.

85. Sugiura L., ltaya K., Nishio J., Fujimoto H. and Kokubun Y. Effects of thermal treatment of low-temperature GaN buffer layers on the quality of subsequent GaN layers // J. Appl. Phys. 1997. - V. 82. -N. 10. - P. 4877-4882

86. Sun C.J., KungP., Scaler A. et al. II J. Appl. Phys. -1994. -V. 76. -N 1. -P. 236241.

87. Tavernier P R., Imer B., DenBaars S.P., and Clarke D.R. Growth of thick (11-20) GaN using a metal interlayer II Appl. Phys. Lett.- 2004.- V. 85.- N. 20.

88. Uchida Y., Ito K., Tsukimoto S., Ikemoto Y., Hirata K., Shibata N., Murakami M. Epitaxial Growth of GaN Layers on Metallic TiN Buffer Layers // J. Electron. Mater.- 2006,- V. 35.- N. 10

89. Ueno M., YoshidaM., Onodra A. etalll Phys. Rev. B.-1994.-V.-N. l.-P. 14-17.

90. Usikov A., Shapovalova L., Ivantsov V., Kovalenkov O., Syrkin A., Spiberg P., and Brown R. GaN layer growth by HVPE on m-plane sapphire substrates // Phys. Stat. Sol. 2009. - V. 6. -N. S2. - P. 321-324

91. Van Veehten J. A., ZookJ. D., Homing R. D. et al. II Jpn. J. Appl. Phys. -1992. -V. 31.-N. 11.-P. 3662-3663.

92. Vennegues P., Mathal F., and Bougrioua Z., Characterization of structural defects in (1120) GaN films grown on (1102) sapphire substrates // Phys. Stat. Sol. 2006. - V. 3. - N. 6. - P. 1658-1661

93. Weyher J. L., Ashraf H., and Hageman P. R. Reduction of dislocation density in epitaxial GaN layers by overgrowth of defect-related etch pits // Appl. Phys. Lett. 2009. - V. 95. - P. 031913

94. Wie T., Duan R., Wang J. et al. II Jap. J. Appl. Phys.- 2008.- V. 47.- P. 3346.

95. Wie T.B., Hu Q., Duan R.F., WeiX.C., Huo Z.Q., WangJ.X., Zeng Y.P., Wang G.H., Li J.M. Growth of (10-13.) semipolar GaN on m-plane sapphire by hydrid evapor phase epitaxy II J. Crystal Growth. 2009. - V. 311. - P. 4153^1157

96. Wu J., Katagiri Y., Okuura K., Li D., Miyake H., Hiramatsu K. Effects of initial stages on the crystal quality of nonpolar a-plane A1N on r-plane sapphire by low-pressure HVPE // J. Crystal Growth. 2009. - V. 311. - P. 3801-3805

97. Wu X.H., Fini P., Tarsa E.J. et al. Dislocation generation in GaN heteroepitaxy//J. Cryst. Growth.- 1998.-V. 189/190.-P. 231-243.

98. Xu S.R., Zhang J.C., Yang L.A., Zhou X.W., Cao Y.R., Zhang J.F., Xue J.S., Liu Z.Y., Maa J.C., Bao F., Hao Y. Defect reductionin(l 1-20) nonpolar a-plane GaNgrownon r-plane sapphire using TiN interlayers // J. Crystal Growth.- 2011.-V. 327.- P. 94.

99. Yamasaki S., Asami S., Shibata N. et al. II Appl. Phys. Lett.- 1995.- V. 66.-N9.-P. 1112-1115.

100. Yoshidaa T., Oshimaa Y., Erib T., Ikedab K., Yamamotob S., Watanabea K., Shibatab M., Mishimaa T. Fabrication of 3-in GaN substrates by hydride vapor phase epitaxy using void-assisted separation method. // J. Crystal Growth.- 2008.-V. 310.-P. 5.

101. Zauner A.R.A., Aret E., Enckeyort W.J.P. II J. Crystal Growth.- 2002.- V. 240.-P. 14.

102. Zetterstrom R.B. II J. Mater. Sei. -1970. -V5. -N12. -P. 1102-1104.120

103. Zhang L., Shao Y., Wu Y., Hao X., ChenX., Qu S., XuX. Characterization of dislocation etch pits in HVPE-grown GaN using different wet chemical etching methods // J. Alloys and Compounds. 2010. - V. 504. - P. 186-191

104. Zhou L., Chandrasekaran R., Moustakas T.D., Smith D. J. Structural characterization of non-polar (112 0) and semi-polar (112 6) GaN films grown on r-plane sapphire II J. Crystal Growth. 2008. - V. 310. - P. 2981- 2986

105. Zinov'ev N.N., Andrianov A. V., Averbukh B.Y. et al. II Semicon. Sci. Techn.-1995. -V. 10. -N. 8. -P 1117-1120.