Wpływ zastosowania wysokotemperaturowej warstwy zarodkowej AIN na właściwości GaN osadzanego na podłożach szafirowych

Warstwy epitaksjalne związków półprzewodnikowych typu AIII-N są szeroko stosowane w przyrządach optoelektronicznych i mikrofalowych między innymi takich jak diody elektroluminescencyjne, detektory UV i tranzystory HEMT. Wskutek niedopasowania sieciowego pomiędzy warstwą a podłożem szafirowym istnieje konieczność stosowania przejściowej niskotemperaturowej warstwy zarodkowej. Typowa temperatura wzrostu warstwy zarodkowej (~550°C) jest znacznie niższa od temperatury wzrostu dalszych warstw aplikacyjnych przyrządu (≥ 1070C). Podczas zwiększania temperatury, w warstwie zarodkowej zachodzi przemiana struktury kubicznej w heksagonalną, której towarzyszy tworzenie się defektów strukturalnych (błędów ułożenia), co prowadzi do pogorszenia się parametrów przyrządu. Niniejsza praca koncentruje się na otrzymaniu warstwy zarodkowej w wyższej temperaturze z pominięciem niekorzystnego etapu zmiany struktury. Zastosowanie takiej warstwy zarodkowej z A1N pozwala na otrzymanie stabilnej struktury heksagonalnej o niskiej gęstości defektów strukturalnych oraz otwiera możliwość natychmiastowego dwuwymiarowego wzrostu warstwy aplikacyjnej GaN. Analizowane warstwy GaN charakteryzują się znacznie mniejszą szerokością połówkową rentgenowskiego widma dyfrakcyjnego dla promieniowania odbitego w kierunku <0002> oraz znacznie wyższą rezystywnością w porównaniu do warstw GaN otrzymanych metodą dwuetapową. W pracy przedstawiono wyniki badań wysokotemperaturowej warstwy zarodkowej oraz wpływu warunków jej wzrostu na strukturę krystaliczną i właściwości elektryczne warstw GaN. Zaprezentowano możliwość uzyskania wysokorezystywnych warstw GaN na podłożach szafirowych. Zaobserwowano znaczący wpływ temperatury wzrostu na właściwości heterostruktur wykorzystujących związki typu GaN.

The III-N compounds are widely used for manufacturing optoelectronic and microwave devices such as electroluminescent diodes, UV detectors and HEMTs. Application of the lattice-mismatched sapphire substrates requires using low-temperature transition nucleation layers. Typically, the growth temperature of a nucleation layer is 550°C and highly differs from that of the subsequent application layer equal to 1070°C. The temperature increase has a detrimental effect on the structure of the nucleation layer. As a result, more lattice defects, such as interstitials, dislocations and stacking faults are formed in the application layer leading in consequence to deterioration of the device parameters. Present work concentrates on the development of a high-temperature nucleation layer and elimination of the harmful effect of the high temperature. The application of such A1N nucleation layer allows us to obtain a stable hexagonal structure with lower defect density, and it opens up also a possibility for an immediate two-dimensional growth of GaN application layer. The studies of high-temperature nucleation layers properties, their growth conditions and structural and electrical parameters of GaN application layers have been performed. The possibility to obtain the GaN layers with a high-resistivity using sapphire substrates and the AIN nucleation layers has been shown.