Зарастание N-полярных инверсионных доменов из буферных слоев AlN в процессе роста слоев AlGaN / Осинных И.В., Малин Т.В., Журавлев К.С., Бер Б.Я., Казанцев Д.Ю.

Нитриды металлов III группы AlN и GaN и их твердые растворы AlxGa1-xN являютсяпрямозонными полупроводниками, обладающими уникальными свойствами и интенсивноисследующимися с целью создания оптоэлектронных и СВЧ мощных высокотемпературныхприборов на их основе. Полярность материала (металлическая или азотная) сильно влияет на ихфизические свойства из-за наличия пироэлектрических и пьезоэлектрических полей в напряженныхэпитаксиальных слоях. По этой причине контроль полярности эпитаксиальных слоёв AlxGa1-xNAlxGa1-xN является важной задачей. Полярность формируется условиями в начале роста, принеоптимальных условиях в матрице нужной полярности возникают инверсионные домены (ИД) спротивоположной полярностью. Эти дефекты в эпитаксиальных слоях могут прорастать доповерхности всей структуры [1]. Рост буферных слоев AlN на нитридизованных сапфировыхподложках в условиях обогащения Al позволяет формировать слои металлической полярности,однако возможно формирование N-полярных ИД [2]. В рамках данной работы было исследованозарастание N-полярных инверсионных доменов из буферных слоев AlN в процессе роста слоевAlxGa1-xN.Была выращена серия слоев AlxGa1-xN, сильно легированных кремнием, методом молекулярнолучевой эпитаксии из аммиака на установке фирмы Riber CBE-32. Сапфировые подложкинитридизовались в потоке аммиака, после чего на нитридизованную подложку сапфира наносились 2монослоя металлического алюминия, далее выращивался буферный слой AlN толщиной ~ 200 нм ина заключительном этапе исследуемые слои AlxGa1-xN толщиной ~ 500 нм. Содержание алюминия (x)в слоях менялось от 0 до 0.7. Морфология поверхности была исследована методом атомно-силовоймикроскопии (АСМ). Концентрации атомов кремния и фоновых примесей – кислорода, углеродаизмерялись методом динамической вторично-ионной масс-спектрометрии (ВИМС) с использованиемвторично-ионного микрозонда CAMECA IMS 7f.На АСМ изображениях поверхности буферных слоев AlN видны N-полярные инверсионныедомены (ИД) высотой 30-50 нм, занимающие около 25% площади поверхности, N-полярная природаподтверждается их травлением в растворе KOH. Поверхность AlxGa1-xN имеет блочную структуру,однако блоки имеют металлическую полярность, это означает, что N-полярные ИД зарастают впроцессе роста AlxGa1-xN. Известно, что концентрация атомов О существенно отличается для AlxGa1-xN различной полярности: в N-полярных слоях GaN концентрация кислорода более чем на порядоквыше, чем в Ga-полярном материале, что отображается на экспериментальном профилераспределения для фоновой примеси кислорода, полученном методом ВИМС и позволяет оценитьтолщину переходного слоя, в котором зарастают ИД. Профили распределения для кислорода иалюминия находятся на примерно одинаковой глубине, что означает быструю смену полярности Nполярных ИД на металлическую полярность. Предположительно при начале роста AlxGa1-xNпроисходит образование металлического бислоя на поверхности ИД, что приводит к переворотуполярности.