CC BY
14ISSN 1606-867Х (Print) ISSN 2687-0711 (Online)
Конденсированные среды и межфазные границы
https://journals.vsu.ru/kcmf/ Оригинальные статьи
Научная статья УДК 538.911
https://doi.org/10.17308/kcmf.2023.25/10978
Исследования полуполярного нитрида галлия, выращенного на m-сапфире хлоридной газофазной эпитаксией
П. В. Середин1н, Н. А. Курило1, Али О. Радам1, Н. С. Буйлов1, Д. Л. Голощапов1, С. А. Ивков1, А. С. Леньшин1, И. Н. Арсентьев2, А. В. Нащекин2, Ш. Ш. Шарофидинов2, А. М. Мизеров3, М. С. Соболев3, Е. В. Пирогов3, И. В. Семейкин4
1Воронежский государственный университет, Университетская пл. 1, Воронеж394018, Российская Федерация 2Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Политехническая, 26, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация
3Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования и науки «Санкт-Петербургский
национальный исследовательский Академический университет Российской академии наук»,
ул. Хлопина, 8, корпус 3, лит. А, Санкт-Петербург 194021, Российская Федерация
4АО «Научно-исследовательский институт электронной техники»,
ул. Старых Большевиков, 5, Воронеж394033, Российская Федерация
Аннотация
В нашем исследовании мы проанализировали результат влияния неполярной m-плоскости сапфировой подложки на структурные, морфологические, оптические свойства и Рамановское рассеяние выращенной эпитаксиальной пленки GaN.
Мы обнаружили, что выбранные технологические условия хлорид гидридной эпитаксии позволяют получить образцы структурно качественного полуполярного вюрцитного нитрида галлия с (1Г22) ориентацией на m-сапфире. С использованием комплекса структурно-спектроскопических методов анализа изучены структурные, морфологические и оптических свойства пленок, определен уровень остаточных биаксиальных напряжений. Набор результатов свидетельствует о высоком структурном и оптическом качестве эпитаксиальной пленки нитрида галлия. Оптимизация использованной технологической методики в будущем может стать многообещающим подходом роста качественных GaN структур на подложках m-сапфира. Ключевые слова: GaN, AIN, m-Al2O3, химическая газофазная эпитаксия
Источник финансирования: исследование выполнено при финансовой гранта Министерства образования и науки Российской Федерации (грант № ФЗГУ-2020-0036, № ФСРМ-2020-0008), а также Государственного задания ФТИ им. А. Ф. Иоффе.
В части методологии данное исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда №19-72-10007. Благодарности: электронно-микроскопические исследования выполнены с использованием оборудования федерального ЦКП «Материаловедение и диагностика в передовых технологиях», поддержанного Минобрнауки России. Для цитирования: Середин П. В., Курило Н. А., Али О. Радам, Буйлов Н. С., Голощапов Д. Л., Ивков С. А., Леньшин А. С., Арсентьев И. Н., Нащекин А. В., Шарофидинов Ш. Ш., Мизеров А. М., Соболев М. С., Пирогов Е. В., Семейкин И. В. Исследования полуполярного нитрида галлия, выращенного на m-сапфире хлоридной газофазной эпитаксией. Конденсированные среды и межфазные границы. 2022;24(1): 103-111. https://doi.org/10.17308/kcmf.2023.25/10978 For citation: Seredin P. V., Kurilo1 N. A., Ali O. Radam, Builov N. S., Goloshchapov D. L., Ivkov S. A., Lenshin A. S., Arsentiev I. N., Nashchekin A. V., Sharofidinov Sh. Sh., Mizerov A. M., Sobolev M. S., Pirogov E. V., Semeykin I. V. Study of semi-polar gallium nitride grown on m-sapphire by chloride vapor-phase epitaxy. Condensed Matter and Interphases. 2023;25(1): 103-111. https://doi.org/10.17308/kcmf.2023.25/10978
И Середин Павел Владимирович, e-mail: [email protected]
© Середин П. В., Курило Н. А., Али О. Радам, Буйлов Н. С., Голощапов Д. Л., Ивков С. А., Леньшин А. С., Арсентьев И. Н., Нащекин А. В., Шарофидинов Ш. Ш., Мизеров А. М., Соболев М. С., Пирогов Е. В., Семейкин И. В., 2023
|@ ® 1 Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
П. В. Середин и др. Исследования полуполярного нитрида галлия, выращенного на m-сапфире...
1. Введение
Все возрастающий интерес к полупроводникам Ап^ обусловлен возможностями этих соединений, обеспечивающих создание на их основе широкого спектра новых устройств электронной компонентной базы [1].
Эпитаксиальные пленки Ап^ в большинстве случаев выращивают на инородных экономически доступных подложках (сапфир, кремний, карбид кремния), имеют вюрцитную, гексагональную модификацию. Нитриды третьей группы являются полярными материалами, то есть у них отсутствует инверсионная симметрия.
Отсутствие инверсионной симметрии в гексагональных решетках соединений Ап^ обуславливает их поляризационные свойства, которые исключительно важны при рассмотрении механизмов рекомбинации в светоизлучающих приборах, характеристик двумерного электронного газа в СВЧ-транзисторах и в других приложениях.
Большие значения пьезоэлектрических констант в условиях сильных напряжений несоответствия в гетероструктурах приводят к большим значениям пьезополей (<107 В/см) и, следовательно, к существенному пространственному разделению носителей заряда в кван-товоразмерных гетероструктурах. Данный эффект широко используется в СВЧ-транзисторах на основе AlGaN для создания двумерного электронного газа с повышенной подвижностью. С другой стороны, это разделение в гетерострук-турах с квантовыми ямами (КЯ) сопровождается не только красным сдвигом эффективной ширины запрещенной зоны, но и приводит к снижению вероятности излучательной рекомбинации из-за уменьшения перекрытия волновых функций электрона и дырки (эффект Штарка) [2-4].
По этой причине в настоящее время наряду с исследованиями особенностей синтеза полярных Ап^ соединений ведутся активные исследования, направленные на разработку технологических подходов для эпитаксиального синтеза высококачественных неполярных или полуполярных Ап^ соединений [5, 6].
Для эпитаксиального синтеза пленок нитридов Ап^ с различной ориентацией используются различные технологии: молекулярно-пучко-вая эпитаксия (МПЭ), газофазная эпитаксия из металлоорганических соединений (ГФЭМОС), а также хлоридная газофазная эпитаксия (ХГЭ). Последняя позволяет синтезировать Ап^ слои с наиболее высокой скоростью роста и является
наиболее перспективной технологией для создания объемных Ап^ слоев высокого [7-14].
В настоящей работе представлены результаты исследований гетероструктуры GaN/AlN, выращенной на подложке т-А1203 методом ХГЭ, проведенных с применением комплекса структурно-спектроскопических методов.
2. Экспериментальная часть
Оптимальные технологическиее условия, использующиеся в данной работе для роста слоев АШ и GaN, были определены в серии предварительных экспериментов по синтезу соединений АШ и GaN методом ХГЭ на подложках с-сапфира (А1203), кремния ф) и карбида кремния фС^). Также в этих экспериментах было экспериментально установлено, что использование буферных слоев АМ даёт возможность избегать появления трещин в процессе роста основного слоя GaN и значительно уменьшает значения упругих деформаций, а также может задавать кристаллографическое направление роста. Например, в работе [15] на подложке кремния Si(100) с использованием ориентированного буферного слоя АМ толщиной 600 нм в направлении плоскости 10-12, 1013, удалось вырастить полуполярный слой GaN в направлении плоскости (10-13). При проведении серии экспериментов по осаждению буферных слоев АМ на подложках с-сапфира и Si были установлены оптимальные температуры подложки в диапазоне 1080-11000 °С. Оптимальной температурой осаждения буферного слоя АШ на подложке сапфира оказалось Т = 1080 °С, а для кремния она оказалось Т = 11000 °С. Более подробная информация об эпитаксиальном росте АМ на подложке кремния приведена в работе [16].
В данной работе рост гетероструктуры GaN/ АШ методом ХГЭ проводился на подложке т-сапфира (т-А1203) в два этапа. На первом этапе осуществлялось осаждение буферного слоя АШ при температуре Т = 1080 °С. Время осаждения буферного слоя составляло 3 минуты. На втором этапе на буферном слое АШ осуществлялось осаждение основного слоя GaN при температуре Т = 1050 °С.
Диагностика образцов была выполнена с использованием набора структурно-спектроскопических методов анализа.
Микроскопические исследования были выполнены с использованием растрового электронного микроскопа (РЭМ) ^М-700^ 0ео1) и сканирующего зондового микроскопа Femtoscan-001 (№Г MDT).
Данные рентгеновской дифракции были получены при комнатной температуре с помощью дифрактометра ДРОН-4-07 и с использованием характеристического излучения кобальтовой трубки.
Спектры микрорамановского рассеяния были получены с использованием Рамановско-го микроскопа RamMix 532 с лазерным возбуждением 532 нм.
Спектры фотолюминесценции образцов были получены на установке измерения фотолюминесценции и оптического отражения Accent RPM Sigma. Исследования проводились при комнатной температуре при возбуждении лазером с длиной волны излучения 266 нм, W = 5 Вт/см2.
3. Результаты и обсуждение
На рис. 1 показано РЭМ изображение поперечного сечения (скола) гетероструктуры GaN/ AlN/m-Al2O3. Данные РЭМ позволили не только определить номинальные толщины выращенных ХГЭ слоев AlN и GaN (приведены на рис. 1), но и качественно оценить особенности развития морфологии слоев в процессе их роста методом ХГЭ. На рис. 1 видно, что AlN и GaN в выращенной ге-тероструктуре росли сплошным слоем. При этом буферный слой AlN имел относительно шероховатую морфологию, в то время как в процессе роста основного слоя GaN происходило постепенное изменение морфологии GaN от шероховатой, наблюдающейся вблизи интерфейса GaN/AlN к более гладкой морфологии GaN слоя. Также следует отметить отсутствие микротрещин в обоих слоях.
На рис. 2 представлены полученные с использованием атомно-силовой микроскопии изображения микроучастков поверхности эпи-таксиальной пленки GaN, выращенной на m-
плоскости сапфировой подложки. Хорошо видно, что пленка имеет морфологию ступенчатой террасы, с особенностями поверхности в виде перьев (У-образных элементов), ориентированных вдоль направления (0001) сапфировой подложки. Этот результат совпадает с уже известными литературными данными не только для GaN слоев [10, 17, 18], но и для а-(АЮа)203 [19] выращенных на т-плоскости сапфира. В выбранных условиях эпитаксиального роста слияние ^полярных |1"103} граней оказалось энергетически выгодным, что привело к образованию наблюдаемого рельефа поверхности[20]. Этот результат согласуется с обсуждениями из работы [17], в которой семиполярный рост GaN на т-сапфире был выполнен с использованием осаждения из газовой фазы .
На рис. 3 представлен рентгеновский ю/20 скан гетероструктуры GaN/AlN/m-Al2O3 и под-
Рис. 1. СЭМ изображения скола гетероструктуры
GaN/AlN/m-Al2O3
Рис. 2. АСМ изображения рельефа микроучастков поверхности гетероструктуры GaN/AlN/m- Al2O3
20, deg
Рис. 3. Рентгеновский ю/20 скан скан гетероструктуры GaN/AlN/m-Al2O3
ложки т-А1203 в логарифмической шкале интенсивности. Профиль дифракции приведен в области 20 = 10-100°, где расположен ряд основных дифракционных рефлексов.
Анализ показывает, что наиболее интенсивным отражением здесь является (30"30) линия сапфировой подложки. Следует отметить, что на ю/20 скане присутствуют и другие отражения приписываемые дифракции от т-А1203 (этот диапазон углов не представлен на рис. 3), что связано с наличием отклонения ориентации подложки от ее базового среза. Что касается эпитакси-альной пленки, то эксперимент показывает, что на ю/20 скане присутствуют два отражения под углами большими, чем у сапфировой подложки, которые соответствуют дифракции от плоскости (11 "22) вюрцитных слев GaN и АШ.
Используя теорию упругости[21-24] для кристаллов с вюрцитной решеткой деформация в плоскости роста (вдоль оси а) может быть определена, исходя из следующего соотношения [25]:
о = M £
(2).
£ = £,
d - d0 d
(1)
Здесь d и d0 - экспериментальное межплоскостное расстояние для рефлекса 11"22, d0 - межплоскостное расстояние для рефлекса 11"22 для ненапряженного кристалла GaN. В соответствии с литературными данными d0=1.3588 А [26, 27].
Далее в соответствии с известным соотношением [28] могут быть рассчитаны биаксиальные напряжения в плоскости роста d :
Здесь М - двухосный модуль упругости для кристаллического материала с вюрцитной решеткой, значение которого для GaN ~ 478.5 ГПа. Расчет показывает, что деформации в плоскости роста являются растягивающими (е^ ~ 0.00088), в то время как возникающие биаксиальные напряжения в плоскости роста d а лежат около
г г хх хх
~ 420 МРа.
Неоднократно демонстрировалось, что спектроскопия комбинационного рассеяния является методом определения тонких структурных свойств кристаллов и весьма чувствителен к примесям, составу, кристаллической структуре, ориентации кристалла и механическим напряжениям.
На рис. 4 приведены спектры микрорама-новского рассеяния от эпитаксиальной гете-роструктуры и использованной т-сапфировой подложки. Учитывая ориентацию образца и в соответствии с правилом отбора в Рамановском спектре полуполярного GaN присутствуют максимумы, которые могут быть соотнесены с фо-нонными модами А1(ТО), Е1(ТО), Е2Ы?Ь для кристалла со структурой вюрцита [29]. Максимумы в спектре комбинационного рассеяния при 370, 417, 644 ст-1 представляют типичные характеристические комбинационно-активные моды сапфира (А1203) с симметрией А1? и Е1? [30].
Кроме того, в спектре образца присутствуют два низкоинтенсивных колебания в области 655 и 670 ст-1. Они могут быть приписаны моде
П. В. Середин и др.
Исследования полуполярного нитрида галлия, выращенного на m-сапфире.
Raman shifl, cm
Рис. 4. Спектры комбинационного рассеяния от эпитаксиальной гетероструткуры GaN/AlN/m-Al2O3 и подложки сапфира
Е2ы?ь АШ самой сильной из разрешенных мод в пленках вюрцитного АШ для использованной в нашем эксперименте геометрии обратного рассеяния г(ху)г' и моде Е^ТО) АШ соответственно [31,32].
Известно, что интенсивность и полуширина ^ШНМ) фононной моды Е2ы?ь GaN отражает структурное качество кристаллов эпитаксиаль-ной пленки. Пленки GaN с высокой плотностью дислокаций обычно имеют спектр с большей полной шириной на полувысоте [29]. Исходя из полученных нами результатов микрораманов-ского рассеяния FWHM фононной моды, Е2Ы?Ь в спектре составляет ~7 см1. Сравнение с результатами аналогичных предыдущих работ показывает, что ширина моды Е2Ы?Ь в Рамановском спектре для полуполярного (11"22) GaN была существенно больше и лежала в области 9.5-12 см1.
Наблюдение узкого пика Е2Ы?Ь GaN и интенсивного пика Е1(ТО) в спектрах комбинационного рассеяния указывает на то, что были получены высококачественные семиполярные (1Г22) пленки GaN практически без деформации.
Оценку структурного качества эпитаксиаль-ной пленки, а именно величины напряжений в слое GaN, можно получить исходя из определения сдвига основного максимума в раманов-ском спектре.
Величина биаксиального напряжения для полуполярной пленки GaN, выращенной на
т-сапфире, может быть оценена по следующей формуле:
Аю = ^, (3)
где а - величина остаточных биаксиальных напряжений в эпитаксиальном слое, k - коэффициент преобразования двухосного напряжения в Рамановский сдвиг. Коэффициент преобразования для Е2ы?ь моды GaN принимает величину 4.3 (см-иГпа-1) [33]. Рассчитанная из соотношения (3) величина биаксиального напряжения в GaN слое составляет ~ 117 МПа и свидетельствует о эффективной релаксация упругих напряжений в эпитаксиальном слое GaN. Следует отметить, что определенная величина остаточных биаксиальных напряжений в 2.5 раза ниже, чем рассчитанная на основе результатов омега скана XRD.
Оптическое качество эпитаксиального слоя может быть оценено исходя из фотолюминесценции (РЦ) [34-36]. На рис. 5 представлен спектр РЦ GaN слоя, полученный при комнатной температуре. Видно, что в спектре присутствует основной интенсивный пик с максимумом, локализованным около 3.4154 эВ. Полуширина на половине максимума пика фотолюминесценции составляет ~ 0.16 эВ, что значительно меньше многих описанных ранее в литературе значений для GaN выращенного на т-сапфире, тем не менее наблюдаемый достаточно широкий спектр РЦ может свидетельствовать об от-
400
Wavelenght, nm
Рис. 5. Спектр PL гетероструткуры GaN/AlN/m-Al2O3 при комнатной температуре
носительно высокой плотности дефектов в выращенном слое [8, 9, 17].
Следует отметить, что в спектре не наблюдается дополнительно никакой эмиссии в низкоэнергетической области около 3.0-3.1 эВ, связанной либо с сильно локализованными экситона-ми [9] либо желтой люминесценция, что указывает на достаточно хорошее кристаллическое качество GaN слоя.
Неоднократно показано, что PL является еще одним оптическим методом, дающим информацию об остаточных напряжениях в эпитак-сиальной пленке.
Количественный уровень двухосных напряжений dхх ахх, возникающих в пленке GaN, может быть определён, исходя из того факта, что ширина запрещенной зоны эпитаксиального слоя чувствительна к степени деформации [37]. Для этого используется следующее эмпирическое линейное соотношение:
АЕ = ЕР1 - Ео = Крь ° „. (4)
Здесь Ерь - экспериментально измеренная из спектра PL величина ширины запрещенной зоны PL, Е0 - энергия пика бездеформационной PL при комнатной температуре, а Крь - коэффициент преобразования двухосных напряжений в линейный сдвиг величины ширины запрещенной зоны материала в спектре фотолюминесценции. Значение энергии Е0 = 3.4180±0.0008 эВ и величина КР1 = -0.017±0.0025 эВ/ГПа взяты на основе результатов, полученных в работе [37].
Наш расчет показывает, что определенное из PL значение остаточных напряжений в GaN слое находятся на уровне ~ 150 МПа, что сопоставимо с данными Рамановской спектроскопии. Отметим, что PL при комнатной температуре дает возможность определить напряжения в достаточно тонком поверхностном слое GaN, т. к. глубина проникновения для выбранной длины лазера составляет до 100 нм.
4. Заключение
В нашем исследовании мы проанализировали результат влияния неполярной т-плоскости сапфировой подложки на структурные, морфологические, оптические свойства и Рамановское рассеяние эпитаксиальной пленки GaN, выращенной методом ХГЭ.
Было обнаружено, что выбранные технологические условия хлорид гидридной эпитаксии позволяют получить образцы структурно качественного полуполярного вюрцитного нитрида галлия с (11"22) ориентацией на т-сапфире. С использованием комплекса структурно-спектроскопических методов анализа изучены структурные, морфологические и оптических свойства пленок, определен уровень остаточных биак-сиальных напряжений.
Оптимизация использованной технологической методики в будущем может стать многообещающим подходом роста качественных GaN структур на подложках т-сапфира.
П. В. Середин и др. Исследования полуполярного нитрида галлия, выращенного на m-сапфире...
Заявленный вклад авторов
Все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации.
Конфликт интересов
Авторы заявляют, что у них нет известных финансовых конфликтов интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в этой статье.
Список литературы
1. Hibberd M. T., Frey V., Spencer B. F., Mitchell P. W., Dawson P., Kappers M. J., Oliver R. A., Humphreys C. J., Graham D. M. Dielectric response of wurtzite gallium nitride in the terahertz frequency range. Solid State Communications. 2016;247: 68-71. https://doi.Org/10.1016/j.ssc.2016.08.017
2. Ambacher O., Majewski J., Miskys C., Link A., Hermann M., Eickhoff M., Stutzmann M., Bernardini F., Fiorentini V., Tilak V., Schaff B., Eastman L. F. Py-roelectric properties of Al(In)GaN/GaN hetero- and quantum well structures. Journal of Physics: Condensed Matter. 2002;14(13): 3399-3434. https://doi. org/10.1088/0953-8984/14/13/302
3. Grahn H. T. Polarization properties of nonpolar GaN films and (In,Ga)N/GaN multiple quantum wells. Physica Status Solidi (b). 2004;241(12): 2795-2801. https://doi.org/10.1002/pssb.200405040
4. Katzir S. The discovery of the piezoelectric effect. Archive for History of Exact Sciences. 2003;57(1): 61-91. https://doi.org/10.1007/s00407-002-0059-5
5. Xu B., Jiu L., Gong Y., Zhang Y., Wang L. C., Bai J., Wang T. Stimulated emission from semi-polar (11-22) GaN overgrown on sapphire. AIPAdvances. 2017;7(4): 045009. https://doi.org/10.1063/1.4981137
6. Landmann M., Rauls E., Schmidt W. G., Neumann M. D., Speiser E., Esser N. GaN m -plane: Atomic structure, surface bands, and optical response. Physical Review B. 2015;91(3): 035302. https://doi. org/10.1103/PhysRevB.91.035302
7. Fu H., Zhang X., Fu K., Liu H., Alugubelli S. R., Huang X., Chen H., Baranowski I., Yang T.-H., Xu K., Ponce F. A., Zhang B., Zhao Y. Nonpolar vertical GaN-on-GaN p-n diodes grown on free-standing (10-10) m-plane GaN substrates. Applied Physics Express. 2018;11(11): 111003. https://doi.org/10.7567/ APEX.11.111003
8. Wang M., Xu K., Xu S. Photoluminescence and Raman Scattering signatures of anisotropic optical properties in freestanding m-, a- and c-plane GaN substrates. The Journal of Physical Chemistry C. 2020;124(33): 18203-18208. https://doi.org/10.1021/ acs.jpcc.0c04959
9. Maliakkal C. B., Rahman A. A., Hatui N., Chal-ke B. A., Bapat R. D., Bhattacharya A. Comparison of
GaN nanowires grown on c-, r- and m-plane sapphire substrates. Journal of Crystal Growth. 2016;439:47-53. https://doi.org/10.10Wj.jcrysgro.2015.12.044
10. de Mierry P., Kriouche N., Nemoz M., Nataf G. Improved semipolar (112~2) GaN quality using asymmetric lateral epitaxy. Applied Physics Letters. 2009;94(19): 1 9 1 903. https://doi. org/10.1063/1.3134489
11. Seredin P. V., Lenshin A. S., Mizerov A. M., Leiste H., Rinke M. Structural, optical and morphological properties of hybrid heterostructures on the basis of GaN grown on compliant substrate por-Si(111). Applied Surface Science. 2019;476: 1049-1060. https:// doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.01.239
12. Boichot R., Chen D., Mercier F., Baillet F., Gi-usti G., Coughlan T., Chubarov M., Pons M. Epitaxial growth ofAlN on (0001) sapphire: assessment of HVPE process by a design of experiments approach. Coatings. 2017;7(9): 136. https://doi.org/10.3390/coat-ings7090136
13. Hu J., Wei H., Yang S., Li C., Li H., Liu X., Wang L., Wang Z. Hydride vapor phase epitaxy for gallium nitride substrate. Journal of Semiconductors. 2019;40(10): 101801. https://doi.org/10.1088/1674-4926/40/10/101801
14. Seredin P. V., Goloshchapov D. L., Arsentyev I. N., Sharofidinov S., Kasatkin I. A., Prutskij T. HVPE fabrication of GaN sub-micro pillars on preliminarily treated Si(001) substrate. Optical Materials. 2021;117: 111130. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2021.111130
15. Бессолов В. Н., Жиляев Ю. В., Коненкова Е. В., Полетаев Н. К., Шарофидинов Ш., Щеглов М. П. Эпитаксия нитрида галлия в полуполярном направлении на кремнии. Письма в журнал технической физики. 2012;38(1): 21-26. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=20327752
16. Николаев В. И., Печников А. И., Степанов С. И., Шарофидинов Ш. Ш., Головатенко А. А., Никитина И. П., Смирнов А. Н., Бугров В. Е., Романов А. Е., Брунков П. Н., Кириленко Д. А. Хло-ридная эпитаксия слоев beta-Ga2O3 на сапфировых подложках базисной ориентации. Физика и техника полупроводников. 2016;50(7): 997-100. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.as-p?id=27368950
17. Wu Z., Shen X., Liu C., Li K., Shen W., Kang J., Fang Z. In situ asymmetric island sidewall growth of high-quality semipolar (11222) GaN on m-plane sapphire. CrystEngComm. 2016;Щ29): 5440-5447. https:// doi.org/10.1039/C6CE00878J
18. Ni X., Ozgur U., Baski A. A., Morko^ H., Zhou L., Smith D. J., Tran C. A. Epitaxial lateral overgrowth of (112~2) semipolar GaN on (1Г00) m-plane sapphire by metalorganic chemical vapor deposition. Applied Physics Letters. 2007;90(18): 182109. https://doi. org/10.1063/1.2735558
П. В. Середин и др. Исследования полуполярного нитрида галлия, выращенного на m-сапфире...
19. Jinno R., Chang C. S., Onuma T., Cho Y., ... Jena D. Crystal orientation dictated epitaxy of ultraw-ide-bandgap 5.4- to 8.6-eV a-(AlGa)2O3 on m-plane sapphire. Science Advances. 2021;7(2):eabd5891. https://doi.org/10.1126/sciadv.abd5891
20. Середин П. В., Домашевская Э. П., Арсентьев И. Н., Винокуров Д. А., Станкевич А. Л., Prutskij T. Сверхструктурное упорядочение в твердых растворах Al Ga, As и Ga In, P. Физика и техника по-
L х 1-х x 1-х
лупроводников. 2013;47(1): 3-8. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=20319331
21. Domashevskaya E. P., Seredin P. V., Lukin A. N., Bityutskaya L. A., Grechkina M. V., Arsentyev I. N., Vinokurov D. A., Tarasov I. S. XRD, AFM and IR investigations of ordered AlGaAs2 phase in epitaxial AlxGa1-xAs/GaAs (100) heterostructures. Surface and Interface Analysis. 2006;38(4): 828-832. https://doi. org/10.1002/sia.2306
22. Seredin P. V., Lenshin A. S., Zolotukhin D. S., Arsentyev I. N., Nikolaev D. N., Zhabotinskiy A. V. Experimental study of structural and optical properties of integrated MOCVD GaAs/Si(001) heterostructures. Physica B: Condensed Matter. 2018;530: 30-37. https:// doi.org/10.1016/j.physb.2017.11.028
23. Seredin P. V., Glotov A. V., Domashevskaya E. P., Arsentyev I. N., Vinokurov D. A., Tarasov I. S. Structural features and surface morphology of AlxGay-In1-x-yAszP1-z/GaAs(1 0 0) heterostructures. Applied Surface Science. 2013;267: 181-184. https://doi. org/10.1016/j.apsusc.2012.09.053
24. Seredin P. V., Ternovaya V. E., Glotov A. V., Len'shin A. S., Arsent'ev I. N., Vinokurov D. A., Tarasov I. S., Leiste H., Prutskij T. X-ray diffraction studies of heterostructures based on solid solutions AlGa1-xAs P1- :Si. Physics of the Solid State. 2013;55(10X): 2161-2164. https://doi.org/10.1134/S1063783413100296
25. Li Z., Jiu L., Gong Y., Wang L., Zhang Y., Bai J., Wang T. Semi-polar (11-22) AlGaN on overgrown GaN on micro-rod templates: Simultaneous management of crystal quality improvement and cracking issue. Applied Physics Letters. 2017;110(8): 082103. https:// doi.org/10.1063/1.4977094
26. Morko^ H. Handbook of nitride semiconductors and devices: materials properties, physics and growth. Volume 1. Wiley; 2008. https://onlinelibrary.wiley.com/ doi/book/10.1002/9783527628438
27. Collaboration: Authors and editors of the volumes III/17A-22A-41A1a. List of frequently used symbols and abbreviations, conversion factors In: Group IV Elements, IV-IVandIII-VCompounds. Part a -Lattice Properties. O. Madelung, U. Rossler, M. Schulz (eds.). Berlin/Heidelberg: Springer-Verlag; 2001;a: 1-7. http://materials.springer.com/lb/docs/sm_lbs_978-3-540-31355-7_2
28. Harutyunyan V. S., Aivazyan A. P., Weber E. R., Kim Y., Park Y., Subramanya S. G. High-resolution
x-ray diffraction strain-stress analysis of GaN/sapphire heterostructures. Journal of Physics D: Applied Physics. 2001;34(10A): A35-A39. https://doi.org/10.1088/0022-3727/34/10A/308
29. Zeng Y., Ning J., Zhang J., Jia Y., Yan C., Wang B., Wang D. Raman analysis of E2 (High) and A1 (LO) phonon to the stress-free GaN grown on sputtered AlN/graphene buffer layer. Applied Sciences. 2020;10(24): 8814. https://doi.org/10.3390/ app10248814
30. Li P. G., Lei M., Tang W. H. Raman and photoluminescence properties of a-Al2O3 microcones with hierarchical and repetitive superstructure. Materials Letters. 2010;64(2): 161-163. https://doi.org/10.1016/j. matlet.2009.10.032
31. Lughi V., Clarke D. R. Defect and stress characterization of AlN films by Raman spectroscopy. Applied Physics Letters. 2006;89(24): 241911. https:// doi.org/10.1063/1.2404938
32. Davydov V. Yu., Kitaev Yu. E., Goncharuk I. N., Smirnov A. N., Graul J., Semchinova O., Uffmann D., Smirnov M. B., Mirgorodsky A. P., Evarestov R. A. Pho-non dispersion and Raman scattering in hexagonal GaN and AlN. Physical Review B. 1998;58(19): 1289912907. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.58.12899
33. Tripathy S., Chua S. J., Chen P., Miao Z. L. Micro-Raman investigation of strain in GaN and AlxGa1-xN/GaN heterostructures grown on Si(111). Journal of Applied Physics. 2002;92(7): 3503-3510. https://doi.org/10.1063/1.1502921
34. Середин П. В., Глотов А. В., Терновая В. Е., Домашевская Э. П., Арсентьев И. Н., Вавилова Л. С., Тарасов И. С. Спинодальный распад четверных твердых растворов GaxIn1-xAsyP1-y. Физика и техника полупроводников. 2011;45(11): 1489-1497. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=20319013
35. Середин П. В., Глотов А. В., Домашевская Э. П., Арсентьев И. Н., Винокуров Д. А., Тарасов И. С., Журбина И. А. Субструктура и люминесценция низкотемпературных гетероструктур Al-GaAs/GaAs(100). Физика и техника полупроводников. 2010;44(2): 194-199. Режим доступа: https://elibrary. ru/item.asp?id=20317917
36. Seredin P. V., Lenshin A. S., Zolotukhin D. S., Arsentyev I. N., Zhabotinskiy A. V., Nikolaev D. N. Impact of the substrate misorientation and its preliminary etching on the structural and optical properties of integrated GaAs/Si MOCVD heterostructures. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. 2018;97: 218-225. https://doi.org/10.10Wj.phy-se.2017.11.018
37. Choi S., Heller E., Dorsey D., Vetury R., Graham S. Analysis of the residual stress distribution in AlGaN/GaN high electron mobility transistors. Journal of Applied Physics. 2013;113(9): 093510. https://doi. org/10.1063/1.4794009
П. В. Середин и др. Исследования полуполярного нитрида галлия, выращенного на m-сапфире...
Информация об авторах
Середин Павел Владимирович, д. ф.-м. н., профессор, заведующий кафедрой физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация).
https://ordd.org/0000-0002-6724-0063 [email protected]
Курило Николай Андреевич, аспирант, кафедра физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация).
https://orcid.org/0000-0001-7652-6912 [email protected]
Али Обаид Радам, аспирант, кафедра физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация).
Буйлов Никита Сергеевич, к. ф.-м. н., преподаватель, кафедра физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация).
https://orcid.org/0000-0003-1793-4400 [email protected]
Голощапов Дмитрий Леонидович, к. ф.-м. н., доцент, кафедра физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация). https://orcid.org/0000-0002-1400-2870 [email protected]
Ивков Сергей Александрович, к. ф.-м. н., преподаватель, кафедра физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет, (Воронеж, Российская Федерация). https://orcid.org/0000-0003-1658-5579 [email protected]
Леньшин Александр Сергеевич, д. ф.-м. н., н. с, кафедра физики твердого тела и наноструктур, Воронежский государственный университет, (Воронеж, Российская Федерация).
https://orcid.org/0000-0002-1939-253X [email protected]
Арсентьев Иван Никитич, д. т. н., вед. н. с., Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург, Российская Федерация). [email protected]
Нащекин Алексей Викторович, к. ф.-м. н., с. н. с., Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН, (Санкт-Петербург, Российская Федерация). https://orcid.org/0000-0002-2542-7364 [email protected]
Шарофидинов Шукрилло Шамсидинович, к. ф.-м. н., н. с., Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург, Российская Федерация).
Мизеров Андрей Михайлович, к. ф.-м. н., в. н. с., Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет Российской академии наук (Санкт-Петербург, Российская Федерация).
https://orcid.org/0000-0002-9125-6452 [email protected] Соболев Максим Сергеевич, к. ф.-м. н., и. о. зав. лабораторией наноэлектроники, Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет Российской академии наук (Санкт-Петербург, Российская Федерация). https://orcid.org/0000-0001-8629-2064 [email protected]
Пирогов Евгений Викторович, м. н. с., Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет Российской академии наук (Санкт-Петербург, Российская Федерация). https://orcid.org/0000-0001-7186-3768 e-mail: [email protected] Семейкин Игорь Валентинович, к. т. н., технический директор, Научно-исследовательский институт электронной техники (Воронеж, Российская Федерация).
https://orcid.org/0000-0001-7186-3768 [email protected]
Поступила в редакцию 31.10.2022; одобрена после рецензирования 20.12.2022; принята к публикации 15.01.2023; опубликована онлайн 23.03.2023.
