Growth of aluminum nitride thin films on Si(111) and Si(001): Structural characteristics and development of intrinsic stresses

Meng, W. J.; Sell, Jeffrey A.; Perry, Thomas A.; Rehn, L. E.; Baldo, P. M.

doi:10.1063/1.356105

Cited by 95 publications

(51 citation statements)

References 28 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…It is also known that high partial pressure of N2 reduces the adatom mobility. This explains why the best results were obtained when the growth temperature was higher than 600 °C [55] and using Ar/N2 mixture at relatively low pressures and low N2 content as compared to the depositions at higher process pressures or depositions in pure N2 that resulted in increased surface roughness.…”

Section: ) Alnmentioning

confidence: 76%

Metastable YAlN and ScAlN thin films: growth and characterization

Žukauskaitė¹

2012

View full text Add to dashboard Cite

ScxAl1-xN and YxAl1-xN thin films were deposited in a ultra high vacuum system using reactive magnetron co-sputtering from elemental Al, Sc and Y targets in Ar/N2. Their mechanical, electrical, optical, and piezoelectrical properties were investigated with the help of transmission electron microscopy, xray diffraction, ellipsometry, I-V and C-V measurements, and two different techniques for piezoelectric characterization: piezoresponse force microscopy and

show abstract

Section: ) Alnmentioning

confidence: 76%

Metastable YAlN and ScAlN thin films: growth and characterization

Žukauskaitė¹

2012

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…It is also known that a high partial pressure of N2 reduces the ad-atom mobility, which, on the other hand may be increased by a low negative substrate bias voltage. This explains why the best results were obtained when the growth temperature was higher than 600 °C [65] and using an Ar/N2 mixture at relatively low pressures and low N2 content as compared to the depositions at higher process pressures or depositions in pure N2 that resulted in increased surface roughness. The samples discussed in Paper 1-3 were deposited at a floating substrate potential, and in Papers 4-6 a substrate DC bias of -15 to -30 V was applied.…”

Section: Growth Of Binary and Ternary Aln-based Thin Filmsmentioning

confidence: 79%

Metastable ScAlN and YAlN Thin Films Grown by Reactive Magnetron Sputter Epitaxy

Žukauskaitė¹

2014

View full text Add to dashboard Cite

Films putter ilms The cover imageThe image on the cover is based on an elemental energy dispersive x-ray spectroscopy map of Sc0.2Al0.8N deposited at 400°C obtained in a transmission electron microscope. Each individual square represents an area of ~1x1 nm. Here, scandium was assigned the green color, and aluminum is mapped using purple. No tendencies to cluster into Sc-rich or Al-rich regions can be seen, indicating a solid solution.A special Thank You for recording this data goes to Dr. Justinas Pališaitis! © Agnė Žukauskaitė Printed by LiU-Tryck Linköping, Sweden, 2014 i Abstract Metastable ScxAl1-xN and YxAl1-xN thin films were deposited in an ultra high vacuum system using reactive magnetron sputter epitaxy from elemental Al, Sc, and Y targets in Ar/N2 gas mixture. Their structural, electrical, optical, mechanical, and piezoelectrical properties were investigated by using the transmission electron microscopy, x-ray diffraction, spectroscopic ellipsometry, I-V and C-V measurements, nanoindentation, and two different techniques for piezoelectric characterization: piezoresponse force microscopy and double beam interferometry.Compared to AlN, improved electromechanical coupling and increase in piezoelectric response was found in ScxAl1-xN/TiN/Al2O3 structures with Sc content up to x=0.2. Decreasing the growth temperature down to 400 °C improved the microstructure and crystalline quality of the material. Microstructure of the films had a stronger influence on piezoelectric properties than the crystalline quality, which affected the leakage currents. When x was increased from x=0 to x=0.3, the hardness and reduced Young's modulus Er showed a decrease from 17 GPa to 11 GPa, and 265 GPa down to 224 GPa, respectively. In ScxAl1-xN/InyAl1-yN superlattices, ScxAl1-xN layers negative lattice mismatched to In-rich InyAl1-yN were found to be stable at higher Sc concentration (x=0.4) than lattice-matched or positive lattice mismatched layers, confirmed by first principle (ab initio) calculations using density-functional formalism.Al-rich YxAl1-xN thin films were synthesized and reported for the first time. Den andra delen av min avhandling handlar om det helt outforskade materialet yttrium-aluminium-nitrid (YxAl1-xN). Jag är den första att rapportera om tunnfilmer av YxAl1-xN i wurtzitstruktur och detta material är, likt ScxAl1-xN, också metastabilt. Jag visar att kristallkvaliteten förbättras genom att i detta fall öka processtemperaturen från 700 °C upp till 900 °C, detta därför att yttriumatomer är relativt stora och behöver mer energi för att placera sig på rätt ställe i wurtzitstrukturen. Jag har även visat hur de optiska egenskaperna hos YxAl1-xN påverkas genom legering med olika halt av yttrium.En jämförelse mellan dessa två metastabila material leder till en djupare förståelse för vad som behövs, tex. hur processparametrar ska väljas, för att skapa tidigare oprövade material med bra kristallkvalitet och nya spännande egenskaper som kan lösa olika teknologiska problem.

show abstract

“…Sin embargo, debido al elevado desajuste reticular entre el GaN y el Si (16.9% en tensión) y a la diferencia en los coeficientes de expansión térmica (α GaN = 5.59/K y α Si = 3.59/K), aparecen dificultades en el crecimiento epitaxial. Por ello, se hace necesaria la utilización de capas amortiguadoras que mejoren la calidad cristalina de la posterior epitaxia de GaN (2) . Por otra parte en el sistema que nos ocupa resulta fundamental el uso de capas amortiguadoras debido a que en el crecimiento de GaN directamente sobre Si se produce la formación de una capa amorfa en la intercara (3,4) , dificultando el crecimiento de epitaxias de nitruros con calidad suficiente para la fabricación posterior de dispositivos.…”

Section: Introductionunclassified

Efecto del dopado con Si sobre la estructura de defectos en sistemas heteroepitaxiales GaN/AlN/Si(111)

Sanchez¹,

Molina²,

Pacheco³

et al. 2000

Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr.

View full text Add to dashboard Cite

En el presente artículo se lleva a cabo el análisis del efecto que el dopado con Si tiene sobre la estructura de defectos en epicapas de GaN crecidas por epitaxia de haces moleculares sobre sustratos de Si (111) utilizando capas amortiguadoras de AlN. La caracterización estructural se llevó a cabo mediante microscopía electrónica de transmisión convencional y de alta resolución. El dopado con Si afecta a la desorientación y tamaño de los subgranos que constituyen la estructura mosaico de la epicapa de GaN. El dopado con Si provoca un aumento en la densidad de defectos planares, así como una disminución en la densidad de dislocaciones de propagación. El incremento en el grado de desorientación de inclinación, así como en la densidad de defectos planares que se produce conforme aumenta el dopado con Si explican la disminución en la densidad de dislocaciones que alcanzan la superficie libre de GaN. The Si doping effect on the defect structure in GaN epilayers grown by molecular beam epitaxy on Si(111) substrates using AlN buffer layers has been studied. Transmission electron microscopy and related techniques have been used to carry out the structural characterization. The Si doping affects both the subgrain size and misorientation in GaN epilayer mosaic structure. The Si doping also leads to an increase of the planar defect density, as well as a decrease of the threading dislocation density. The enlargement of the subgrain tilt and the planar defect density explain the reduction of the dislocation density reaching the GaN free surface. Key words: Gallium nitride, GaN/AlN/Si(111), semiconductor heterostructure, TEM, HREM INTRODUCCIÓNEl gran interés que han despertado los semiconductores de banda prohibida ancha en la actualidad se centra en el diseño y elaboración de dispositivos optoelectrónicos de aplicación en la tecnología del almacenamiento de datos, así como de componentes electrónicos de alta potencia y elevada temperatura. La fabricación de diodos con emisión dentro del intervalo de energías que abarca desde 3.4 eV hasta 6.2 eV (1) , así como la obtención de diodos láser, han mostrado el enorme potencial de las aleaciones III-N para la producción de componentes electrónicos que operen en el intervalo del espectro visible y U.V. Así, los dispositivos basados en materiales semiconductores III-N son capaces de mejorar la potencia y temperatura de operación debido al elevado valor de las bandas prohibidas que presentan. Para el crecimiento de GaN se han utilizado una gran variedad de sustratos, entre los que destacan 6H-SiC, GaAs, MgAl 2 O 4 , zafiro y Si, así como diversas técnicas de crecimiento basadas principalmente en deposición de vapores químicos (CVD) y epitaxia de haces moleculares (MBE). El crecimiento de GaN sobre sustratos de Si, tiene particular interés, ya que permitiría su integración en la tecnología del Si, que ha alcanzado un alto grado de desarrollo. Sin embargo, debido al elevado desajuste reticular entre el GaN y el Si (16.9% en tensión) y a la diferencia en los coeficientes de expansión tér...

show abstract

Growth of aluminum nitride thin films on Si(111) and Si(001): Structural characteristics and development of intrinsic stresses

Cited by 95 publications

References 28 publications

Metastable YAlN and ScAlN thin films: growth and characterization

Metastable YAlN and ScAlN thin films: growth and characterization

Metastable ScAlN and YAlN Thin Films Grown by Reactive Magnetron Sputter Epitaxy

Efecto del dopado con Si sobre la estructura de defectos en sistemas heteroepitaxiales GaN/AlN/Si(111)

Contact Info

Product

Resources

About