Сахаров А.В.  

Упругие напряжения при росте гетероструктур на основе GaN на кремниевых подложках

Полевые транзисторы (НЕМТ) на основе III-N соединений постепенно заменяют их существующие аналоги на основе кремния за счет своих уникальных свойств (высокая на-сыщенная скорость электронов , большое значение электрического поля пробоя) . Для срав-нения различных материальных систем при изготовлении СВЧ транзисторов иногда исполь-зуют сравнительный параметр Джонсона (Johnson figure of merit, JFM) который определяют как JFM= Vgd × fT / JFM(Si). По этому параметру GaN НЕМТ превосходят транзисторы на кремнии более чем на 2 порядка.
Из-за отсутствия недорогих подложек III-N большого диаметра структуры для НЕМТ в основном выращиваются гетероэпитаксиально на подложках карбида кремния. Рост также возможен и на подложках кремния, которые обладают рядом преимуществ, а именно значи-тельно более низкой ценой, относительно хорошей теплопроводностью и доступностью больших диаметров. Однако серьезным недостатком подложек Si является сильное рассогла-сование как параметров кристаллических решеток, так и коэффициентов теплового расшире-ния, что приводит к возникновению сильных упругих напряжений при росте структуры и охлаждении от температуры эпитаксиального роста (~1000C) до комнатной. При неудачном выборе режимов роста и дизайна структуры возможна необратимая пластическая деформа-ция [1], которая оказывается зависящей от типа и легирования используемой подложки [2].
В данной работе представлены результаты экспериментального исследования упругих напряжений, возникающих при росте III-N слоев на подложках кремния Si(111) методом га-зофазной эпитаксии. На основании данных in situ рефлекто-/дефлектометрии были исследо-ваны упругие напряжения в слоях AlN на подложках кремния различной толщины, а также в многослойных (Al,Ga)N-структурах, выращенных на подложках AlN/Si.  Установлено, что в процессе роста слои AlN испытывают напряжения растяжения, которые тем больше, тем толще подложка. В процессе роста многослойной (Al,Ga)N-структуры со ступенчато умень-шающимся составом все слои испытывают напряжения сжатия, при этом наблюдается уменьшение напряжений по направлению к поверхности, что говорит о релаксации напря-жений путем наклона и изменения плотности дислокаций. При охлаждении от температуры роста до комнатной температуры часть слоев AlGaN остается в сжатом состоянии, а часть испытывает как напряжение так и растяжения. Оптимизация условий роста позволила соз-дать структуры пригодные для изготовления  AlGaN/Si СВЧ НЕМТ транзисторов.
Литература
1. A.Dadgar et al. Anisotropic Bow and Plastic Deformation of GaN on Silicon. // J. Cryst. Growth 2013, 370, 278–281
2. J. Doerschel, F.-G Kirscht, Differences in Plastic Deformation Behaviour of CZ- and FZ-Grown Silicon Crystals // Phys. Status Solidi A 1981, 64, K85–K88


К списку докладов