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

• Autorzy: Lenkiewicz D. , Strupiński W. , Zdunek K. , Ratajczak R. , Stonert A. , Borysiuk J. , Caban P. , Dumiszewska E. , Kościewicz K. , Wesołowski M.

Warianty tytułu

EN

The effect of implementation of high-temperature AIN nucleation layer on properties of GaN grown on sapphire substrates

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

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.

EN

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.

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych
• Czasopismo: Materiały Elektroniczne
• Rocznik: 2007
• Tom: T. 35, nr 3-4
• Strony: 5--18
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Lenkiewicz D.

autor

Strupiński W.

autor

Zdunek K.

autor

Ratajczak R.

autor

Stonert A.

autor

Borysiuk J.

autor

Caban P.

autor

Dumiszewska E.

autor

Kościewicz K.

autor

Wesołowski M.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warszawa,

Bibliografia

• [1] Amano H.: Metalorganic vapor phase epitaxial growth of a high quality GaN film using an AIN buffer layer; Appl.Phys.Lett., 48, (1986), 353
• [2] Nakamura S.; Jpn. J. Appl. Phys., 30, (1991), L1705
• [3] Hoshino K., Yanagita N., Arak M., Tadatomo K.: Effect of low-temperature GaN buffer layer on the crystalline quality of subsequent GaN layers grown by MOVPE ; J. Cryst. Growth 298, (2007), 232
• [4] Ki Soo Kim, Chang Seok Oh, Kang Jea Lee, Gye Mo Yang, Chang-Hee Hong, Kee Young Lim, and Hyung Jae Lee, Akihiko Yoshikawa: Effects of growth rate of a GaN buffer layer on the properties of GaN on a sapphire substrate; J.Appl.Phys., 85, (1999), 8441
• [5] Hubbard S.M.: High-resistivity GaN buffer templates and their optimization for GaN-based HFETs, J. Cryst. Growth; 284, (2005), 297
• [6] Wu X. H., et al: Nucleation layer evolution in metal-organic chemical vapor deposition grown GaN; Appl.Phys.Lett. 68, (1996), 1371
• [7] Degave E, et al: Initial stages of GaN buffer layer growth on (0001) sapphire by metal-organic chemical vapour deposition; Diamond and Related Materials 11, (2002), 901
• [8] Ambacher O.: Growth and applications of Group III-nitrides, J.J.Phys.D: Appl.Phys. 31, (1998), 2653
• [9] Ito T.: Efect of A1N bufer layer deposition conditions on the properties of GaN layer, J.Cryst.Gmwth 205, (1999), 20
• [10] 0hba Yasuo: Mechanism for reducing dislocations at the initial stage of GaN growth on substrates using hight-temperature-grown single-crystal A1N buffer layers, Jpn. J.Appl. Phys. 41, (2002), L615-L618
• [11] Koleske D.D., Wickenden A.E., Henry R.L., Culbertson J.C., Twigg M.E.: GaN decomposition in H2 and N2 at MOVPE temperatures and pressures J.Cryst. Growth 223, (2001), 466
• [12] Koleske D.D., Coltrin M.E., Cross K.C., Mitchell, Allerman A.A.: Understanding GaN nucleation layer evolution on sapphire, J.Cryst. Growth; 273, (2004), 86
• [13] Yu Hongbo, Ozturk M. Kemal, Ozcelik Suleyman, Ozbay Ekmel: A study of semi-insulating GaN grown on AIN buffer/sapphire substrate by metalorganic chemical vapor deposition; J.Cryst.Gmwth 293, (2006), 273
• [14] Hubbard S. M., Zhao G., Pavlidis D., Sutton W., Cho E.: High-resistivity GaN buffer templates and their optimization for GaN-based HFETs; J.Cryst.Gmwth; 284, (2005), 297