Процессы в газовой фазе

Важной особенностью эпитаксиального роста нитридов III группы, по сравнению с соединениями типа A3B5 (арсенидами и фосфидами), является достаточно высока температура осаждения. В этих условиях наблюдается разложение металлоорганических прекурсоров (таких как TMGa, TMAl, TMIn и их производных) с образованием аддактов, появление паров элементов III группы и/или сложных молекул, формирование частиц в нагретых областях реактора. Все эти процессы являются источником потерь материала, что приводит к понижению скорости роста и, как правило, влияет на состав ростового слоя. Интенсивность таких реакций может существенно зависеть от условий роста (температуры, даления, расходов прекурсоров и длительности пребывания газа в реакторе). Таким образом, в реакторах разных конфигураций ключевую роль могут играть разные процессы. Проанализировав большое количество экспериментальных данных, мы провели численные эксперименты различных путей потерь материала при эпитаксии нитридов III группы. Детальный механизм газофазных реакций разложения исходного прекурсора с последующим образованием сложных, не дающих вклада в рост, молекул был объединен с моделью формирования и роста частиц.

Процессы на поверхности

Высокая температура осаждения также активизирует химический механизм десорбции с ростовой поверхности летучих соединений III группы, который не оказывает большого влияния на рост арсенидов и фосфидов. Кроме того, следует учитывать также важный эффект упругой деформации, появляющийся в ростовом слое из-за рассогласования решеток буферного слоя GaN и подложки.

Разработанная модель

С учетов всех вышеперечиланных газофазных и поверхностных процессов нами была разработана модель роста нитридов III группы. Модель хорошо согласуется с экспериментальными данными полученными при росте эпитаксиальных слоев в системе Al-Ga-In-N, используемых при росте гетероструктур для транзисторов с высокой подвижностью электронов, светоизлучающих диодов и лазерных диодов. Данные структуры включают в себя GaN, InGaN и AlGaN эпитаксиальные слои.

Эффекты сегрегации

Еще одной задачей моделирования является понимание процессов роста гетероструктур с квантовыми ямами. Из-за предельно маленькой толщины эпитаксиального слоя могут оказатьс важными переходные явления возникающие в результате замены прекурсора, измения вращени подложки, поверхностной кинетики и распределения легирующей примеси по структуре. В частности, поверхностная сегрегация летучих соединений, например In в InGaN, часто приводит к задержке вхождения In в кристалл и появлению "хвостов" индия в верхнем слое в отсутствие подачи TMIn. Мы разработали специальную нестационарную модель поверхностной сегрегации, где качестве основных факторов, управляющих сегрегацией, рассматривается температура и напряжение за счет рассогласования решеток между слоем и подложкой.

Ссылки по моделям и механизмам

2003

Critical issues in group-III nitride MOVPE modeling. E.V.Yakovlev, R.A.Talalaev, A.N.Vorob’ev, Yu.N.Makarov. Electrochemical Society Proceedings, Vol. 2003-08 (2003) 258.

2001

On low temperature kinetic effects in Metal - Organic Vapor Phase Epitaxy of III-V compounds. R.A.Talalaev, E.V.Yakovlev, S.Yu.Karpov, Yu.N.Makarov. Journal of Crystal Growth, Vol.230, p.232-238, (2001).

Gallium droplet formation during MOVPE and thermal annealing of GaN. O.V.Bord, S.Yu.Karpov, R.A.Talalaev, Yu.N.Makarov. Materials Science and Engineering, Vol.B82, p.22-24, (2001).

1999

On the possible origins of low indium incorporation during MOVPE of InGaN. R.A.Talalaev, E.V.Yakovlev, S.Yu.Karpov, I.Yu.Evstratov, A.N.Vorob’ev, and Yu.N.Makarov. Physica Status Solidi (a), Vol.176, p.253-256, (1999).

Novel approach to simulation of group-III nitrides growth by MOVPE. S.Yu.Karpov, V.G.Prokofyev, E.V.Yakovlev, R.A.Talalaev, Yu.N.Makarov. MRS Internet Journal of Nitride Semiconductor Research, Vol.4, Art.4, (1999).

Ссылки по росту GaN и InGaN в горизонтальных и планетарных реакторах

2003

Advances in the modeling of MOVPE processes. S. Yu. Karpov. J. Crystal Growth, Vol.248, p.1-7, (2003).

1999

Modeling of InGaN MOVPE in AIX 200 Reactor and AIX 2000 HT Planetary Reactor. R.A.Talalaev, E.V.Yakovlev, S.Yu.Karpov, Yu.N.Makarov, O.Schoen, M. Heuken, G.Strauch, Holger Juergensen. MRS Internet Journal of Nitride Semiconductor Research, Vol.4, Art.5, (1999).

1997

Modeling of MOVPE of Group III-Nitrides in horizontal tube reactor. A.O.Galjukov, Y.E.Egorov, Y.N.Makarov, R.A.Talalaev, C.Kirchner, M.Kamp, K.J.Ebeling. Electrochemical Society Proceedings, Vol.97-34, p.244-253, (1997).

1996

MOCVD equipment for recent developments towards the blue and green solid state laser. H.Juergensen, D.Schmitz, G.Strauch, E.Woelk, M.Dauelsberg, L.Kadinski, Yu.N.Makarov. MRS Internet Journal Nitride Semiconductor Research, Vol.1, Art.26, (1996)

GaN-MOVPE: correlation between computer modelling and experimental data. M.Dauelsberg, L.Kandinski, Yu.N.Makarov, E.Woelk, G.Strauch, D.Schmitz, H.Juergensen. Institute of Physics Conference Series Vol.142, 887 (1996).

Ссылки по термодинамическим свойствам

1998

Suppression of phase separation in InGaN due to elastic strain. S.Yu.Karpov. MRS Internet Journal of Nitride Semiconductor Research, Vol.3, Art.16, (1998).

Thermodynamic properties of group-III nitrides and related species. S.Yu.Karpov, I.N.Przhevalsky, Yu.N.Makarov. MRS Internet Journal of Nitride Semiconductor Research, Vol. 3, Art.30, (1998).

Ссылки по сегрегации в гетероструктурах InGaN/GaN

2003

Segregation effects and bandgap engineering in InGaN quantum-well heterostructures. K.A. Bulashevich, R.A. Talalaev , S.Yu. Karpov, I.Yu. Evstratov, and Y.N. Makarov. Materials Research Society Symposium Proceedings, Vol.743, p.L6.5.1-L6.5.6, (2003).

2002

Indium segregation in MOVPE grown InGaN based heterostructures. R.A. Talalaev, S.Yu. Karpov, I.Yu. Evstratov, Yu.N. Makarov. Physica Status Solidi (c), Vol.01, p.311-314 , (2002).

Indium segregation kinetics in MOVPE of InGaN-based heterostructures. S.Yu. Karpov, R.A. Talalaev, I.Yu. Evstratov, and Yu.N. Makarov. Physica Status Solidi (a), Vol.192, N 2, p.417-423, (2002).

2001

Surface Segregation and Composition Fluctuations in ammonia MBE and MOVPE of InGaN. S.Yu.Karpov, R.A.Talalaev, E.V.Yakovlev and Yu.N.Makarov. Mat.Res.Soc.Proc., Vol.639, p.G3.18.2-G3.18.6, (2001).