Impact of the substrate misorientation and its preliminary etching on the structural and optical properties of integrated GaAs/Si MOCVD heterostructures

et al. 2019

Integrated heterostructures exhibiting a nanocolumnar morphology of the In_ x Ga_1 –_ x N film are grown on a single-crystal silicon substrate ( c -Si(111)) and a substrate with a nanoporous buffer sublayer ( por -Si) by molecular-beam epitaxy with the plasma activation of nitrogen. Using a complex of spectroscopic methods of analysis, it is shown that the growth of In_ x Ga_1 –_ x N nanocolumns on the por -Si buffer layer offer a number of advantages over growth on the c -Si substrate. Raman and ultraviolet spectroscopy data support the inference about the growth of a nanocolumn structure and agree with the previously obtained X-ray diffraction (XRD) data indicative of the strained, unrelaxed state of the In_ x Ga_1 –_ x N layer. The growth of In_ x Ga_1 –_ x N nanocolumns on the por -Si layer positively influences the optical properties of the heterostructures. At the same half-width of the emission line in the photoluminescence spectrum, the emission intensity for the heterostructure sample grown on the por -Si buffer layer is ~25% higher than the emission intensity for the film grown on the c -Si substrate.

Section: ультрафиолетовая спектроскопияunclassified

Влияние буферного слоя por-Si на оптические свойства эпитаксиальных гетероструктур In-=SUB=-x-=/SUB=-Ga-=SUB=-1-x-=/SUB=-N/Si(111) с наноколончатой морфологией пленки

Seredin¹,

et al. 2019

“…Одним из подходов к решению описанных выше проблем является предложенное в ряде наших предыдущих работ использование переходного нанопористого слоя кремния (por-Si), созданного непосредственно на монокристаллической подложке c-Si методом электрохимического травления. Результаты наших предварительных исследований [12][13][14][15] уже показали уникальную перспективу такого подхода, благодаря которому появляется возможность не только сочетать лучшие транспортные и оптические характеристики разнородных материалов в одном устройстве, но и управлять фундаментальными свойствами полупроводниковых материалов.…”

Section: Introductionunclassified

“…Формирование нанопористого переходного (буферного) подслоя por-Si при эпитаксиальном выращивании методами газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений (MOCVD) и молекулярно-пучковой эпитаксии (MBE/МПЭ) A III B V и в частности нитридов A III N позволило подавить генерацию напряжений растяжения, возникающих при охлаждении гетероструктуры от температуры роста до комнатной за счет их релаксации на нанопористом интерфейсе, что позитивно отразилось на структурном качестве эпитаксиального слоя и его оптических характеристиках [12][13][14][15]. Кроме того, полученные на нанопористом слое кремния эпитаксиальные слои A III B V (A III N) обладали не только более высокой концентрацией носителей заряда по сравнению со слоями, выращенными на c-Si, но и более высокой интенсивностью фотолюминесценции (+25%) [13].…”

Section: Introductionunclassified

Влияние слоя нанопористого кремния на практическую реализацию и особенности эпитаксиального роста слоев GaN на темплейтах SiC/por-Si/c-Si

Seredin¹,

et al. 2020

С использованием комплекса структурно-спектроскопических методов диагностики исследовано влияние переходного слоя нанопористого кремния на практическую реализацию и особенности выращивания слоев GaN технологией молекулярно-пучковой эпитаксии с плазменной активацией азота на темплейтах SiC/por-Si/c-Si. Показано, что введение переходного слоя нанопористого кремния в темплейт, в котором слой 3C-SiC был создан методом замещения атомов, дает ряд неоспоримых преимуществ по сравнению со стандартными подложками кремния. В частности, данный подход позволил снизить практически на 90% уровень напряжений кристаллической решетки в эпитаксиальном слое GaN и уменьшить долю вертикальных дислокаций в слое GaN. Слой GaN был выращен на поверхности слоя SiC, который, в свою очередь, находился на поверхности темплейта SiC/por-Si/c-Si. Впервые было обнаружено, что использование темплейта SiC/por-Si/c-Si приводит к формированию более однородного по качеству слоя GaN без видимых протяженных дефектов. Ключевые слова: нитрид галлия, карбид кремния, гибридные гетероструктуры, нанопористый кремний, молекулярно-пучковая эпитаксия с плазменной активацией азота.

“…Ранее нами уже было показано, что использование пористого буферного слоя por-Si при эпитаксиальном росте на кремнии в методах молекулярно-пучковой эпитаксии (MOCVD) и газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений (MBE) позволяет снизить величину деформации в эпитаксиальном слое, плотность краевых и винтовых дислокаций по сравнению с величинами аналогичных коэффициентов для слоев, выращенных на c-Si, что положительно отражается на кристаллическом качестве эпитаксиального слоя [3][4][5].…”

Section: Introductionunclassified

Структурные и морфологичеcкие свойства гибридных гетероструктур на основе GaN, выращенного на "податливой" подложке por-Si(111)

Seredin¹,

et al. 2019

The possibility of synthesizing integrated GaN/por-Si heterostructures by plasma-assisted molecular beam epitaxy without an A1N/Si buffer layer is demonstrated. The beneficial effect of the high-temperature nitridation of a silicon substrate before GaN growth on the crystal quality of the GaN/Si layers is shown. It is established that, to obtain two-dimensional GaN layers on Si(111), it is reasonable to use compliant por-Si substrates and low-temperature GaN seed layers with a 3D morphology synthesized by plasma-assisted molecular beam epitaxy at relatively low substrate temperatures under stoichiometric conditions and upon enrichment with nitrogen. In this case, a self-assembled array of GaN seed nanocolumns with a fairly uniform diameter distribution forms on the por-Si substrate surface. The basic GaN layers, in turn, should be grown at a high temperature under stoichiometric conditions upon enrichment with gallium, upon which the coalescence of nucleated GaN nanocolumns and growth of a continuous two-dimensional GaN layer are observed. The use of compliant Si substrates is a relevant approach for forming GaN-based semiconductor device heterostructures by plasma-assisted molecular beam epitaxy.