Управление генерацией и релаксацией упругих напряжений в AlN/c-Al2O3 темплейтах, выращиваемых методом плазменно-активированной МПЭ

Abstract

Для изготовления большинства оптоэлектронных и сверхвысокочастотных приборов на основе А3N соединений используются темплейты AlN на подложках c-Al2O3 с высокой термической, радиационной и химической стойкостью, а также относительно низкой стоимостью. Однако высокое рассогласование решетки (13%) этих подложек с AlN слоями неизбежно приводит к генерации прорастающих дислокаций (ПД) с начальной плотностью >1010 см-2 . Кроме того, выращенные AlN темплейты могут иметь высокие растягивающие напряжения (>1 ГПа), что при характерных толщинах темплейта >1мкм приводит к их растрескиванию. В данной работе рассматриваются процессы генерации и релаксации упругих напряжений на различных стадиях роста AlN темплейтов с помощью плазменно-активированной молекулярно-пучковой эпитаксии (ПА МПЭ), а также возможность их контроля с помощью варьирования режимов роста зародышевых слоев (ЗС) AlN. Темплейты AlN, выращенные ПА МПЭ на подложках cAl2O3 при температуре 780-850°С, представляли собой ЗС AlN толщиной 60 нм, поверх которых выращивались буферные слои (БС) AlN максимальной толщиной ~2 мкм. Для роста ЗС AlN использовались либо непрерывный 3Dрежим роста с соотношением III/N ~ 0.6 (образец A), либо эпитаксия с повышенной миграцией (ЭПМ) [1] (образцы B и C) с варьированием времен подачи импульсов Al и N. БС в образцах A, B, C выращивались в режиме металлмодулированной эпитаксии (ММЭ) [2] при соотношении потоков III/N 1.3, 1.05, 1.3 соответственно. Процессы генерации и релаксации упругих напряжений контролировались in situ с помощью разработанного многолучевого оптического измерителя напряжений (МОИН). Из представленных на Рис. 1 зависимостей напряжение×толщина от толщины для образцов A, B и С следует, что знак и величина напряжений в темплейтах определяются, в первую очередь, условиями роста ЗС AlN. В докладе будут рассмотрены особенности генерации напряжений в AlN темплейтах на различных стадиях роста с учетом процессов коалесценции зародышевых и ростовых зерен AlN, а также встраивания избыточного металла (Al) в межзеренные границы. Кроме того, будут обсуждены основные способы снижения плотности ПД за счет увеличения диаметра зародышевых зерен, приводящего к снижению генерации дислокаций в ЗС на межзеренных границах, а также роста БС в переходном 2D-3D режиме, при котором наблюдается усиление междислокационного взаимодействия. В заключение, будут сформулированы основные условия достижения полностью релаксированного или упруго-сжатого роста AlN темплейтов на подложках сAl2O3 с концентрацией винтовых и краевых ПД не более 5×108 см-2 и 5×109 см-2 , соответственно.