Анотація до роботи:

Ревенко. А.С. Властивості плівок GaN, отриманих методом нітридизації поруватого GaAs. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10 - Фізика напівпровідників та діелектриків. – Бердянський державний педагогічний університет, 2007.

В дисертаційній роботі отримано нові типи гетеропереходів GaN/por-GaAs/GaAs, представлено результати досліджень їх властивостей. Розроблена математична модель конвертації поверхневих шарів GaAs у GaN за рахунок дифузії атомів азоту у GaAs за механізмом kick-out. Встановлено, що за температур, менших 800 К інтенсивність конвертації недостатня для формування плівок GaN, внаслідок чого формується потрійна сполука GaAsN. За температур, вищих 1000 К відбувається погіршення морфології плівок внаслідок інтенсивної декомпозиції матеріалу підкладки GaAs. Досліджено властивості плівок GaN/por-GaAs, доведено позитивний вплив використання поруватих підкладок GaAs на їх оптичні, структурні та морфологічні властивості.

Визначено вплив параметрів нітридизації поруватих підкладок GaAs на формування напівпровідникової потрійної сполуки GaNAs, показано можливість керування концентрацією азоту та миш’яку, що надає можливість отримувати структури із граничним випромінюванням у діапазоні від інфрачервоної до ультрафіолетової області. Визначено вплив поруватості підкладки GaAs на тип кристалічної ґратки плівок GaN. З’ясовано, що при величині поруватості 30% підкладок GaAs на основі монокристалічного GaAs(111) формується переважно кубічна модифікація GaN із включеннями кристалітів гексагонального GaN.

З’ясовано позитивний вплив відпалення гетероепітаксійних плівок GaN у радикалах азоту на склад власних дефектів: зменшення концентрації точкових дефектів вакансій азоту та донно-акцепторних пар, поліпшення стехіометрії у плівках GaN.

На основі проведених досліджень оптимізовано фізико-технологічні аспекти нітридизації поруватих підкладок GaAs для формування якісних напівпровідникових гетероструктур GaN/por-GaAs/GaAs.

Ключові слова: поруватий GaAs, епітаксійний GaN, нітридизація, екситон не випромінювання .

Досліджено властивості напівпровідникових сполук GaN и GaNAs, отриманих шляхом нітридизації поруватих підкладок GaAs. Визначено шляхи реалізації високого потенціалу підкладки GaAs для отримання тонких плівок GaN. Отримано і досліджено плівки GaN гексагональної та кубічної орієнтації на поруватих підкладках GaAs на основі монокристалічного GaAs(111) та GaAs(001). До основних висновків та результатів проведеної науково-дослідної роботи можна віднести:

1. Розроблена математична модель процесу конвертації поверхневих шарів GaAs у GaN на основі дифузії атомів азоту у GaAs за механізмом kick-out. З’ясовано адекватність теоретично розрахованих та експериментальних визначених концентраційних профілів розподілу по глибіні атомів азоту та миш’яку у тонкий плівці GaNAs на підкладці GaAs.

2. На основі аналізу математичної моделі визначено оптимальний діапазон температур обробки у атомарному азоті: 870-950 К. Показано, що за температури, меншої за 800 К інтенсивність нітридизації недостатня для формування шарів сполуки GaN, внаслідок чого формується потрійна сполука GaNAs із величиною параметра x до 0,92. Визначено, що за температур, вищих за 1000 К спостерігається значне погіршення морфології зразків внаслідок інтенсивної декомпозиції GaAs.

3. На основі досліджень фотолюмінесценції визначено можливість керування властивостями плівки GaN залежно від характеристик поруватого GaAs. Показано, що оптимальна величина поруватості підкладок GaAs у аспекті якості гетероепітаксійних плівок GaN складає 25%.

4. Показано можливість зміни енергетичного положення граничної люмінесценції сполуки GaN_xAs_1-x від 2.63 еВ до 2.44 еВ при зміні величини концентрації миш’яку від 1 до 10%. Доведено можливість керуванням концентрацій миш’яку та азоту у сполуці GaNAs шляхом оптимізації параметрів нітридизації.

5. Визначено залежність типу кристалічної ґратки плівок GaN від степені поруватості підкладки por-GaAs/GaAs(111). Показано, що використання підкладок GaAs із величиною поруватості 30% сприяє отриманню плівок GaN кубічної модифікації, що підтверджується наявністю характерного піку 3.42 еВ, який пов’язано із присутністю кристалітів гексагональної модифікації GaN у матриці кубічного GaN.

6. Встановлено позитивний вплив відпалення гетероепітаксійних плівок GaN у радикалах азоту на склад власних дефектів: визначено поліпшення стехіометрії у плівках GaN внаслідок зменшення концентрації точкових дефектів вакансій азоту та донорно-акцепторних пар.

Достовірність результатів підтверджується комплексністю проведених досліджень з використанням сучасних експериментальних методик та високим міжнародним рейтингом та імпакт-фактором наукових видань (Physic Status Solidy, Crystal Growth, Journal of Luminescence, Физика и техника полупроводников)

Публікації автора:

1. Котляревский М.Б., Сукач Г.А., Кидалов В.В., Ревенко А.С., Люминесценция слоев GaN, выращенных на подложках GaAs методом радикало-лучевой эпитаксии // Журнал прикладной спектроскопии. - 2000. - Т. 69, № 2. - С. 234-237

2. Кидалов В.В., Сукач Г.А., Ревенко А.С., Потапенко Е.П., Ультрафиолетовая люминесценция тонких пленок GaN, полученных методом радикало-лучевой геттерирующей эпитаксии на пористых подложках GaAs(111) // Физика и техика полупроводников. - 2003. - Т. 37, № 11. - С. 1303-1304

3. Кидалов В.В., Сукач Г.А., Ревенко А.С., Структура и люминесценция пленок GaN, полученных методом радикало-лучевой эпитаксии на пористых подложках GaAs (111) // Журнал физической химии. - 2003. - Т. 77, № 10. - С. 1864-1866

4. Kidalov V.V., Sukach G.A., Revenko A.S., Potapenko E.P., Photoluminescent and structural properties of GaN thin films obtained by radical - beam hettering epitaxy on porous GaAs(001) // J. Lumin. - 2003.- Vol. 102-103. - P. 712-714

5. Сукач Г.О., Кідалов В.В., Ревенко А.С., Яценко Ю.І., Байда А.Д., Люмінесценція тонких плівок GaN:Mg, відпалених у плазмі азоту // Вісник Львівського Університету. - 2004. - Т. 37. - С. 83-87

6. Kidalov V.V., Sukach G. A., Revenko A.S., Bayda A.D., Properties of cubic GaN films obtained by nitridation of porous GaAs (001) // Phys. Stat. Sol. (a). - 2005. - Vol. 202, № 8. - P. 1668-1672.

7. Kidalov V.V., Beji L., Sukach G.A., Revenko A.S., Bayda A. D., Properties of GaN/por-GaAs structure obtained by nitridation of porous GaAs // PHOTOELECTRONICS. - 2006. - Vol. 15. - P.118-122

8. Сукач Г.О., Кідалов В.В., Ревенко А.С., Про один механізм конвертації поверхневих шарів GaAs у GaN у результаті нітридизації // Фізика і хімія твердого тіла. - 2006. - Т 6, № 4. - с. 561-565.

9. Сукач Г.О., Кідалов В.В., Ревенко А.С., "Підкладки для епітаксійного росту нітридів третьої групи" Монографія

10. Котляревский М.Б., В.В. Кидалов, Ревенко А.С., Люминесценция слоев GaN, выращенных на подложках GaAs методом радикало- лучевой геттерирующей эпитаксии // Международная конференция по люминесценции посвященная 110-летию со дня рождения академика.C. B. Вавилова (17 - 19 Октября, 2001 г.) - Москва: Физический институт им. П. Н. Лебедева Росийской академии наук, 2001. - С. 23.

11. Кідалов В.В.,Ревенко А.С., Радикало-променева геттеруюча епітаксія - новий метод у технології напівпровідникових матеріалів A3B5 // Міжнародна конференція студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики ЕВРІКА - 2001 (18 - 18 травня, 2001 р.). - Львів: Львівський національний університет імені Івана Франка, 2001. - С. 137.

12. Kidalov V.V., Sukach G.A., Revenko A.S., Petukhov A.A., GaN thin films luminescence which have been growth by radical-ray epitaxy // Second international workshop - Nucleation and non - linear problems in first order phase thansitions- (1 - 5 July, 2002 ). - St. Petersburg: Institute of mechanical engineering problems of the Russian academy of science, 2002. - P. 67.

13. Кідалов В.В., Ревенко А.С., Петухов А.О., Байда А.Д., Панфилов Д.Є., Сукач Г.О. Термодинамічний і кінетичний аналіз власних дефектів у сполуках А3В5, отриманих методом радикало променевої епітаксії // Всеукраїнська конференція молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики ЕВРІКА - 2002. - (22 - 24 Травня, 2002 р.). - Львів: Львівський національний університет імені Івана Франка, 2002. - С. 53 - 54. 2002.

14. Кідалов В.В., Ревенко А.С., Яценко Ю.І., Байда А.Д., Сукач Г.О., Пєтухов А.О., Фотолюмінесценція плівок GaN:Mg відпалених у радикалах азоту // Всеукраїнська конференція молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики ЕВРІКА - 2002 (22 - 24 Травня, 2002 р.). - Львів: Львівський національний університет імені Івана Франка, 2002. - С. 54 - 55.

15. Kidalov V.V. , Sukach G.A., Petukhov A.O., Revenko A.S., Potapenko E.P., Photoluminescent properties of GaN thin films, obtained by the treatment of porous GaAs substrates in active nitrogen radical // International conference on luminescence and optical spectroscopy of condensed matter (24 - 29 August, 2002). - Budapest. - P. 116.

16. Кидалов В.В., Ревенко А.С., Сукач Г.А., Влияние морфологии пористой подложки GaAs на фотолюминесценцию пленок GaN, полученных методом радикало-лучевой геттерирующей эпитаксии // Материалы 2 - ой Всероссийской конференции «Нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и приборы» (3 - 4 Февраля, 2003 г.). - Санкт Петербург: C - Петербургский государственный политехнический университет, 2003. - С. 75 - 76.

17. Kidalov V.V., Sukach G.A., Revenko A.S., Bajda A.D., Properties of Porous Arsenide of Gallium // 2004 Fall Meeting of Electrochemical society of Japan (ECSJ), Section G1 -Third International Sympsoium on Pits and Pores: Formation, Properties and Significance for Advanced Materials (3 - 8 October 2004). - Honolulu, Hawai, USA, 2004. - Abs №789

18. Kidalov V.V., Sukach G.A., Revenko A.S., Bayda A.D., Nitridation of porous GaAs (111) // The 5th International Symposium on Blue Laser and Light Emitting Diodes Semiconductors Physics Researh centrу ISBLLED-2004 (15-19 March 2004). - Gyeongju, Korea, 2004. - Pa12 №1091

19. Kidalov V.V., Sukach G.A., Shvets A.Y., Revenko A.S., Bayda A.D., Porous GaAs as soft substrate for cubic GaN films // Materials of the 4-th International Conference -Porous semiconductors science and technology- (14-19 March, 2005) Cullеra - Valencia, Spain: Technical University of Valencia (Spain), 2004. - P. 368 - 369.

20. Kidalov V.V., Sukach G.A., Revenko A.S., Model of the nitridation process of nanoporous GaAs surface // The fifth international conference on low dimensional structures and devise (12 - 17 December, 2004). - Cancyne Maiyna Riviera Mexico, 2004. - P. 368 - 369

21. Kidalov V.V. , Sukach G.A., Revenko A.S., Bayda A.D., Strain relaxation in zincblend GaN layers on porous GaAs (001) substrates // 2007 Fall Meeting of Electrochemical society of Japan - Section - Nanotechnology (May 15 - 20, 2005). - Guebec city, Canada, 2005. - Abs. №101

22. Kidalov V.V.,Revenko A.S., Simulation of Diffusion Process at Nitridation of GaAs substrate // 2007 Fall Meeting of Electrochemical society of Japan (ECSJ) - Section - Organic & biological Electrochemistry (May 15 - 20, 2005). - Guebec city, Canada, 2005. - Abs. №1405

23. Kidalov V.V., Sukach G.A., Beji L., Revenko A. S., Bayda A.D., Properties of Porous GaAs Substrate for III-N Epitaxy // 2008 Fall Meeting of Electrochemical society of Japan (ECSJ) Section L1 - Nitride and Wide Bandgap Semiconductors for Sensors, Photonics, and Electronics VI ( 16 - 21 October, 2005 p.). - Los Angeles, California, USA, Abs. №808.

24. Kidalov V.V., Beji L., Suckach G. A., Revenko A.S., Bayda A.D., Yatsenko Y., Raman spectroscopy and morphology investigation of porous GaAs // E-MRS Fall meeting. Section Interfacial processes and properties of advanced materials (5-9 September, 2005). - Warsaw, Poland, 2005. - P. 145.

25. Кидалов В.В., Сукач Г.А., Beji L., Ревенко А.С., Байда А.Д., Пористый GaAs как подложка для III-N эпитаксии // Материалы 4-ой Всероссийской конференции «Нитриды галлия, индия и алюминия структуры и приборы» (3-5 Июля, 2005) - Санкт Петербург: C-Петербургский государственный политехнический университет, - 2005. - С. 26 - 27