УДК 621.38-022.532

Формирование высокотемпературных слоев AlN и AlGaN на подложках сапфира методом аммиачной молекулярно-лучевой эпитаксии

 

Ю .В. Грищенко, И. С. Езубченко, М. Л. Занавескин, И. О. Майборода, М. Ю. Пресняков

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

 

Статья поступила в редакцию 30 декабря 2015 г.

 

Аннотация. Эпитаксиальные пленки и гетероструктуры III-нитридов (AlN, GaN) представляют большой интерес для микро и оптоэлектроники. В данной работе исследованы особенности роста слоев AlN и AlGaN методом аммиачной молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках сапфира. В качестве методов исследования применялись дифракция быстрых отраженных электронов, атомно-силовая микроскопия, просвечивающая электронная микроскопия и рентгеновская дифракция. Установлено, что количество островковых образований, характерных для высокотемпературных слоев AlN на сапфировых подложках, может быть уменьшено с 3х10⁹ до 2х10⁷ на см^-2 за счет увеличения потока аммиака в процессе осаждения. Показано, что при осаждении высокотемпературных слоев AlGaN в режиме активной десорбции галлия реализуется селективное усиление латеральной компоненты роста в областях с развитой морфологией рельефа. Усиление латеральной компоненты роста приводит к ускоренному переходу к двухмерному режиму роста на начальной стадии осаждения и позволяет получить пленки с атомарно гладкими террасами шириной до 1 мкм без проникающих пор, наблюдающихся в слоях AlN. На основе модели TSK предложено описание механизма усиления латерального роста в AlGaN.

Ключевые слова: аммиачная МЛЭ, транзисторы с высокой подвижностью электронов, AlN, AlGaN, усиленный латеральный рост.

Abstract. Epitaxial films and III-nitrides heterostructures (AlN, GaN) have found a wide application at micro and optoelectronics. The properties of AlN and AlGaN high-temperature (HT) films growths on sapphire substrates by means of ammonia MBE were studied at this paper.  Reflective high energy electron diffraction (RHEED), atomic-force microscopy (AFM), transmission electron microscopy (TEM) and X-Ray diffraction were used to study the properties of epitaxial films. It was found that density of hillocks in HT AlN layers on sapphire can be reduced from 3x10⁹ down to 2x10⁷ per cm² through the rise of the ammonia flux during growth process. It was shown that deposition of AlGaN films under high Ga desorption led to selective enhancement of lateral growth component at the areas of developed surface morphology. Enhanced lateral growth allowed to achieve accelerated transition to 2-D growth mode at the initial stages of growth and led to formation of stepped surface with terrace width of 1 micron. Also formation of threading pores was completely suppressed. On the basis of terrace-step-kink model (TSK model) the mechanism of lateral growth enhancement was suggested.

Key words: ammonia MBE, high electron mobility transistors, AlN, AlGaN, enhanced lateral growth.