Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Полупроводниковые излучатели для ультрафиолетовой области спектра на основе нитридов металлов третьей группы

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Полупроводниковые излучатели для ультрафиолетовой области спектра на основе нитридов металлов третьей группы"

На правах рукописи

БОРИСОВ Борис Александрович

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ

ДЛЯ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА

НА ОСНОВЕ НИТРИДОВ МЕТАЛЛОВ ТРЕТЬЕЙ ГРУППЫ (технология и применение)

Специальность 06.01.03 —агропочвоведение, агрофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

г. Санкт-Петербург 2005 г.

Работа выполнена в Петербургском институте ядерных исследований им Б.П. Константинова Российской академии наук

Научный руководитель:

доктор биологических наук НИКОЛЕНКО Владислав Фёдорович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки Российской Федерации ЛИСКЕР Иосиф Семёнович

доктор физико-математических наук КУЧИНСКИЙ Владимир Ильич

Ведущая организация:

ГУП «ВНЦ Государственный оптический институт им С.И.Вавилова Российской академии наук»

Защита диссертации состоится «^^У » 2005 г. в 15 часов на

заседании диссертационного совета Д 006.001.01 в Государственном научном учреждении ордена Трудового Красного Знамени Агрофизическом научно-исследовательском институте Российской академии сельскохозяйственных наук по адресу: 195220, г. Санкт-Петербург, Гражданский пр., 14

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Агрофизического научно-исследовательского института Россельхозакадемии

Отзывы в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направить по адресу:

195220, г. Санкт-Петербург, Гражданский пр., 14, Агрофизический научно-исследовательский институт Россельхозакадемии; факс (812) 5341900

Автореферат разослан « » 2005

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук, профессор

Архипов М.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Абрам Фёдорович Иоффе — создатель отечественной физической школы (Алфёров, 2005) придавал большое значение развитию полупроводниковой техники, мечтал на её основе создать «электронный агроном» (Иоффе, 1955; Кульков, 2002). Особое внимание А.Ф.Иоффе обращал на разработку способов изготовления различных полупроводниковых материалов, методик определения их основных параметров и фотоэлектрических свойств (Фогельсон, 2002). В развитии научных идей А.Ф.Иоффе в настоящее время достигнут значительный прогресс. Разработаны и созданы эффективные полупроводниковые устройства, в частности светодиоды, излучающие в сине-зелёной и длинноволновой ультрафиолетовой (УФ) области спектра. Что касается УФ-В диапазона (280-320 нм) и более коротковолнового, то в них эффективность излучения светодиодов остаётся ещё очень низкой, хотя потребность в таких излучателях чрезвычайно высока. Они необходимы для решения многих прикладных задач в различных областях науки и техники, и в частности, в агрофизических исследованиях. Таким образом, разработка технологии получения эффективных УФ светодиодов является весьма актуальной.

Цель и задачи исследования

Целью данной работы являлась разработка технологии получения светодиодов, излучающих в ультрафиолетовой области 250-345 нм на основе нитридов металлов третьей группы (Al, Ga) методом молекулярно-пучковой эпитаксии (осаждения кристаллических пленок в сверхвысоком вакууме с помощью пучков атомов или молекул, являющихся компонентами растущего соединения) с аммиаком (NH3).

Для этого были поставлены и решены следующие задачи: о исследован рост плёнок AIN, GaN, AlxGa].xN (х<1) и найдены условия для

получения названных слоёв высокого кристаллического качества; о исследовано легирование слоёв AlxGa!.xN магнием и кремнием и определён диапазон изменения состава (х), при котором уровень п- и р-типа легирования достаточен для использования в ультрафиолетовых светодиодах; о определены физические параметры короткопериодных сверхрешеток AlN/AlxGai.xN и AlxGai_xN/GaN для достижения оптимального уровня легирования;

о исследованы оптические свойства активной области получаемых слоёв, найдены структура и параметры эпитаксиального роста, дающие наибольшую эффективность излучательной рекомбинации; о на основе экспериментальных данных разработана структура ультрафиолетовых светодиодов с излучением в диапазонеJ50043 I

БИБЛИОТЕКА I С. Пете

99

шиикл I

•дайя]

114» #

о исследованы электрические и оптические характеристики полученных

светодиодов.

Научная новизна

В результате проведения целого комплекса исследований с применением метода молекулярно-пучковой эпитаксии были разработаны технологические условия роста слоев нитридов алюминия и галлия с высокими электрическими и оптическими характеристиками, позволившие впервые получить светодиоды, излучающие в диапазоне длин волн 250-345 нм В процессе выполнения работы были получены новые данные по легированию, электрическим и оптическим свойствам слоев AlxGat.xN и, созданных на их основе, короткопериодных сверхрешёток, имеющих большое научное и прикладное значение. Выяснены условия для роста слоев, позволившие впервые получить квантовые точки AlGaN в матрице A^Ca^N, использование которых в активной области светодиода позволяет увеличить мощность излучения на два порядка.

Практическая значимость

Разработанная методика может быть использована в качестве основы промышленной технологии получения полупроводниковых приборов, излучающих в коротковолновой УФ области спектра, которые могут найти широкое применение в агропочвоведческих и агрофизических исследованиях, например, при микроанализе состава биологических сред, почвы, растительных объектов (Лискер, 2004), при изучении фотофизических процессов фотосинтеза (Быков, 2003; Николенко, 2002), для использования в облучательных установках регулируемых агроэкосистем (РАЭС) (Ермаков, 2002) и при физическом моделировании УФ-В радиации повышенных уровней, возникающих при истощении озонового слоя Земли (Канаш, 2001).

Апробация работы

Диссертационная работа выполнялась в рамках открытой тематики НИР Отделения нейтронных исследований Петербургского института ядерной физики им Б. П. Константинова (ПИЯФ) Российской академии наук: «Изучение проблемы нарушения сверхрешёток (CP-нарушения); поиск электрического дипольного момента нейтрона (1985-1990 г.г., регистрационный номер 01.9.60.033.50), «Изучение упругого и неупругого адрон-нуклонного рассеяния» (1985-1990 г.г., регистрационный номер 01.86.0122.456).

Результаты работы прошли успешную апробацию на представительных научных форумах в России, Германии, Испании, США, Японии: IV Международная конференции: «Физика светоизлучающих устройств, созданных на основе нано-технологий (Physics of Light-Matter Coupling in Nanostructures)», 29 июня - 3 июля, Санкт-Петербург, 2004 г., «5 Международная конференция по полупроводникам на основе нитридов (5th International Conference

on Nitride Semiconductors)», 25 - 30 мая, Hapa, Япония, 2003 г ; «Международное совещание по полупроводникам на основе нитридов (International Workshop on Nitride Semiconductors)», 22 - 25 июля, Аахен, Германия, 2002 г.; «4 Международная конференция по лазерам, излучающим в голубой области спектра, и светодиодам (4th Internationa! Symposium on Blue Lasers and Light Emitting Diodes)», 11-15 марта, Кордова, Испания, 2002 г; 7 Симпозиум по нитртдам третьей группы (7th Wide Bandgap Ill-Nitride Workshop)», 10-14 марта, Ричмонд, США, 2002 г.; 20 Северо-Американская конференция по молекулярно-пучковой эпитаксии (20th North American Conference on Molecular Beam Epitaxy)», 1 - 3 октября, Провайденс, США, 2001 г.; 4 Международная конференция по полупроводникам на основе нитридов (4th International Conference on Nitride Semiconductors)», 16-20 июля, Денвер, США, 2001 г. По теме диссертации опубликовано 10 работ, (в соавторстве).

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, выводов и списка литературы, изложена на 163 страницах машинописного текста, содержит 2 таблицы и 67 рисунков. Список литературы включает 177 наименований, из них 141 зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Во введении раскрыта актуальность темы, определены цели и задачи исследований, сформулированы научная новизна и практическая значимость работы.

Глава 1

Первая глава носит обзорный характер. В ней приведён анализ литературных данных по следующим вопросам:

- основные свойства и применение электронных приборов на основе нитридов

металлов третьей группы;

- способы получения плёнок нитридов алюминия и галлия, а также твёрдых

растворов на их основе (AlxGai_xN).

Глава 2

Во второй главе рассмотрено аппаратурное оформление метода молекулярно-пучкового осаждения, а также основные экспериментальные методики, применявшиеся в рамках исследований.

В первом разделе приведены конструктивные особенности установки ЭПН-1, специально разработанной и изготовленной в ЗАО «Полупроводниковые приборы» (г. Санкт-Петербург) для получения слоёв нитридов металлов третьей группы (далее — Ill-нитридов) с использованием аммиака в качестве источника элемента V группы. Контроль роста наносимой плёнки in situ осуществлялся с помощью разработанного

автором лазерного интерферометра Автоматизированная система управления на базе персонального компьютера обеспечивала высокую надёжность процесса и хорошую воспроизводимость экспериментальных результатов. Описаны основные этапы подготовки и проведения процесса получения осаждаемых слоёв.

Во втором разделе рассмотрены конструктивные особенности промышленной установки РИБЕР32 для молекулярно-пучкового осаждения веществ из газовых источников С целью использования установки для роста Ш-нитридов и повышения надёжности её работы были внесены необходимые изменения и дополнения практически во все основные узлы системы: в нагреватель образца, испарительные ячейки, газовую линию, электронные блоки управления и программное обеспечение. Проведён анализ возможности контроля ростового процесса с помощью яркостного пирометра Рассмотрены особенности использования низкотемпературной магниевой испарительной ячейки и газового источника силана для легирования слоёв нитридов.

В третьем разделе рассмотрены основные методики, применявшиеся в диссертационной работе для измерения параметров слоёв и гетероструктур, включая их электрические, оптические и кристаллические характеристики.

В четвёртом разделе описаны постростовое технологическое оборудование и методики изготовления светодиодов:

ионно-плазменное травление для формирования меза-структуры;

напыление металла и формирование контактов.

Глава 3

В третьей главе приведена динамика роста плёнок AIN, GaN и AlxGa,_xN.

В первом разделе обсуждаются результаты исследования начальной стадии роста слоёв на кремниевых и сапфировых подложках.

Основной трудностью при получении высококачественных плёнок Ш-нитридов является отсутствие подходящих подложек, имеющих соответствующие параметры решётки и коэффициент теплового расширения. Начальная стадия роста, на которой происходит "согласование" кристаллических решёток подложки и плёнки, оказывает решающее влияние на структурные, электрические и оптические свойства получаемых полупроводниковых слоёв и гетероструктур.

Благодаря оптимизации режимов нуклеации и роста буферного слоя (температуры и скорости роста, соотношения потоков элементов III и V группы) на кремниевых и сапфировых подложках были получены слои и гетероструктуры A1N, GaN и AlxGa!.xN высокого качества.

Особенностью роста на кремниевых подложках в установках, использующих аммиак, является образование нитрида кремния (Si3N4) на поверхности подложки. Установлено, что при определённых контролируемых условиях Si3N4 не только не препятствует, но способствует формированию высокотемпературного буферного слоя A1N высокого качества. Оптимальная температура подложки для инициации роста

плёнки составляет 860°С. Рост начинается с попеременной подачи потоков AI и NH3 на подложку. Благодаря такой процедуре происходит образование нитрида алюминия на нитридированной части и постепенное покрытие всей поверхности монослоем A1N. Рассмотрена возможная конфигурация связей на границе A1N/Si.

На основе исследования инициации роста буферного слоя A1N на сапфировых подложках были определены оптимальные параметры ростового процесса. Показано, что и в этом случае использование высокотемпературного A1N буфера позволяет получать слои высокого качества, имеющие полярность элемента III группы. Дифракционная картина таких слоев, полученная с помощью быстрых электронов, на начальном этапе имеет трёхмерный вид, что свидетельствует об образовании отдельных островков A1N на поверхности сапфира. При достижении средней толщины (-5-7 нм) происходит срастание островков, сглаживание поверхности, и дифракционная картина приобретает двумерный характер (рис. 1), наблюдаемый в процессе последующего роста плёнки Рассмотрена возможная конфигурация связей на границе A1N А1203.

Плёнки, выращенные без использования буферного слоя A1N, характеризовались

Рис. 1 Картина дифракции быстрых электронов вдоль направления [1120] в процессе роста толстого слоя A1N (-400 нм).

01

00

01

(г)

высокой плотностью инверсных доменов и, как следствие, худшими физическими характеристиками.

Второй раздел посвящён кинетике образования плёнок A1N и GaN. Основными кинетическими параметрами роста нитридов методом молекулярно-пучкового осаждения являются отношение потоков элементов III и V группы (далее — отношение III/V) и температура роста Ts. Зависимость скорости роста v , являющейся

одной из наиболее важных характеристик данного процесса, от отношения III/V и Ts позволяет оценить допустимый интервал изменения и степень влияния этих параметров на рост слоёв.

На зависимости v от отношения III/V можно выделить три режима роста:

ЫНз-лимитирующий - наблюдается уменьшение v с уменьшением потока

аммиака;

HI-лимитирующий - постоянная v ;

вязкостный — уменьшение vg в области больших потоков NH3 из-за повышенного

давления в ростовой камере.

Уменьшение vg с увеличением ростовой температуры GaN связано с его десорбцией. Скорость десорбции GaN vä может быть записана в виде vä = v° - v , где v° - начальная скорость роста в области низких температур при отсутствии десорбции. Наблюдаемое в эксперименте отсутствие зависимости vä от отношения V / III (рис. 2) трудно объяснить с позиций термодинамики.

Рис. 2. Зависимости относительной скорости роста GaN от температуры подложки для различных потоков NH3 (разных величин отношения V/III)

Измеренная скорость свободного испарения в вакууме хорошо совпадает с имеющимися литературными данными для GaN (Munir, Searcy, 1965).

В третьем разделе рассмотрены оптические свойства сверхрешёток с коротким периодом. Использование таких решёток позволяет преодолеть трудность, связанную с легированием AlxGabxN при больших х, и получать высокую концентрацию дырок вплоть до эффективного состава х~0.75, что соответствует эффективной ширине запрещённой зоны ~5 3 эВ. Высокое качество полученных сверхрешёток было показано при исследовании их с помощью трансмиссионной электронной микроскопии и анализе соответствующих рентгеновских дифракционных картин.

Найдена зависимость эффективной ширины запрещенной зоны Eg сверхрешётки от её периода в диапазоне 1.25 - 2.25 нм (рис. 3).

При постоянном периоде решётки изменение толщины ямы d* на 1 монослой приводит к изменению Eg на величину 400±30 мэВ, а изменение толщины барьера на 100+20 мэВ. Изменяя только размеры ямы или барьера, можно получить промежуточные значения сдвига Eg. Таким образом, возможна «точная» настройка ширины зоны на заданное значение.

Глава 4

Четвертая глава посвящена изучению электрических и оптических свойств основных слоев, составляющих светодиод (базовых слоев n-, р-типа и активной области) по отдельности, и всего светодиода в целом.

В первом разделе представлены результаты исследования легирования кремнием (Si) и магнием (Mg) слоёв AlxGa,.xN различного состава (х) и сверхрешёток. Уровень

<00 <50 900

Температура,°С

Рис. 3. Зависимость эффективной ширины запрещенной зоны от периода сверхрешетки:

1- <4=2 монослоя (отражение);

2- <¿^=3 монослоя (отражение);

3- <^=3 монослоя (катодолюминесценция).

легирования базовых областей является одним из определяющих свойств силовых характеристик светодиода.

Высокий уровень легирования п-типа (концентрация электронов >1019 cm"3) слоёв AlxGa,_xN был получен вплоть до состава х~0.85 При таком уровне легирования концентрация электронов слабо зависит от температуры. Дальнейшее увеличение состава приводит к резкому уменьшению концентрации электронов и для чистого A1N она составляет ~1 1015 см'3. Это связано с резким возрастанием энергии активации донорного уровня кремния: с 30 до 265 мэВ для х=0,85 и х=1 соответственно (рис 4). Обсуждаются возможные модели такого поведения. Наиболее близко согласуется с нашими экспериментальными данными модель, основанная на изменении диэлектрической постоянной (Hwang et al., 2002).

Получение слоёв p-AlxGai_xN высокой проводимости является наиболее сложной задачей. Магний образует акцепторный уровень, имеющий энергию активации значительно больше, чем донорный уровень кремния В результате проведения систематических исследований легирования слоёв Al0 04Gao96N было установлено следующее:

Концентрация введённого Mg пропорциональна потоку из эффузионной ячейки вплоть до величины МО20 см"3. Отмечаемое в ряде работ насыщение

зоо 250 200

Рис. 4. Зависимость энергии

S 150

активации донорного уровня £150

кремния (Si) от состава в AlxGa!_xN. шь100

50

о

концентрации на уровне -2-Ю19 см"3 (Guha, Bojarczuk, Cardone, 1997) в наших

42

1 25 1 50 1 75 2 00 2 25 Период , ни

экспериментальных условиях не наблюдалось.

оптимальным с точки зрения легирования является диапазон концентрации Mg 2-7 10w см'3. В области концентрации Mg больше 71019 см"3 концентрация дырок падает из-за сильного возрастания эффекта самокомпенсации, наблюдается значительное увеличение вхождения Mg при переходе от стехиометрических условий роста V/III~1 к режиму обогащения аммиаком V/III>1. В соответствии с предложенной в работе (Воробьев и др., 2003) моделью, в этом случае должно существенно уменьшаться покрытие растущей поверхностности галлием, что ведет к возрастанию эффективности включения в неё Mg.

Увеличение состава AlxGai_xN приводит к резкому возрастанию энергии активации уровня Mg, как показано на рис 5. Как видно из рисунка, для х=0 1 энергия активации составляет -230 мэВ, при этом удельное сопротивление возрастает до 10 Ом-см Слои с такой проводимостью существенно ухудшают мощностные характеристики светодиода. Таким образом, непосредственное использование слоев AlxGa!.xN р-типа с х>0.1 в светодиодах невозможно.

В качестве возможного решения проблемы получения высокого уровня легирования слоев р-типа с эффективным составом х>0 1 было предложено использовать сверхрешётки с коротким периодом (Schubert et al., 1996). Среди соединений AmBv нитриды имеют самые большие величины спонтанной и пьезоэлектрической поляризации, что приводит к

240-

Рис. 5. Зависимость энергии активации акцепторного уровня магния (Мя) от состава в А1хОа,.хМ.

160-

i—■—i—•—i—i—•—i—•—i—•—i—•— 0 00 0 02 0 04 0 06 0 08 0 10 0 12 0 14 X

возникновению в гетероструктурах сильных электрических полей, значительно изменяющих зонную диаграмму полупроводника В результате в области ям сверхрешетки образуется двумерный газ носителей тока, эффективная концентрация которого может на порядки превышать концентрацию в AlGaN такого же состава.

В данной работе было исследовано легирование магнием и кремнием сверхрешёток двух типов - AlN/Al008Ga0 92'N (А) и Al04Gao6N/GaN (Б) для получения светодиодов с излучением в диапазонах 250-290 нм и 320-345 нм, соответрственно. Однако, для использования сверхрешёток в качестве базовых областей светодиода, они должны иметь не только высокую двумерную концентрацию в плоскости сверхрешетки, но обеспечивать достаточно хорошую проводимость в поперечном направлении.

Рис. 6. Вольт-амперная характеристика тестового р-п-перехода, снятая при комнатной температуре, для меза-структуры даметром 110 мкм. На вставке показан участок кривой в диапазоне малых напряжений.

20- I10'

с 001

ю-

01 ___■_

-10 -5 0 5 10 Напряжение, В

На основе компьютерного моделирования с помощью программы SLED фирмы «Semiconductor Technology Research, Inc.» были определены оптимальные толщины барьеров и ям сверхрешетки для получения высокой концентрации электронов и дырок, хорошей проводимости в поперечном направлении и требуемой эффективной ширины запрещенной зоны Для сверхрешетки (А) оптимальными являются db=1.25 нм и dw=0.5 нм, для сверхрешётки (Б) - db=5 нм и dw=2 нм Выращенные с использованием указанных размеров сверхрешётки имели концентрацию электронов 1-Ю19 см"3 и 1 1018 см"3 и концентрацию дырок МО18 см'3 и 5 1017 см"3 для типов (А) и (Б), соответственно. Из-за сильного вырождения двумерного газа все легированные сверхрешетки, как п-, так и р-типа имели очень слабую температурную зависимость проводимости в интервале 100-350 К.

На основе сверхрешётки типа (А) был изготовлен тестовый р-п-переход. Вольт-амперная характеристика, снятая на меза-структуре диаметром 110 мкм, показана на рис. 6. Напряжение отсечки, равное 5 В, находится в хорошем согласии с эффективной шириной запрещенной зоны сверхрешётки ~5.2 эВ. Очень маленький темновой ток обратно смещенного р-n перехода при малых напряжениях (-3-10"10 А/см2) свидетельствует о высоком качестве перехода и о незначительном нарушении поверхностного слоя вертикальных стенок мезы в результате травления. Ток утечки оставался меньше 100 нА вплоть до обратных напряжений -20 В. Напряжение пробоя р-n перехода превышало -90 В. Таким образом, на основе сверхрешёток с коротким периодом возможно изготовление р-п-перехода высокого качества.

Из температурных зависимостей прямого тока можно сделать вывод, что в поперечную проводимость сверхрешётки р-типа в нашем случае основной вклад дает механизм термической активации дырок над барьерами сверхрешётки, а не тунелирование через них. Из вольт-амперных характеристик р-п-перехода была также определена анизотропия удельного сопротивления сверхрешетки р-типа, которая получилась равной р±/ ра~ 10.

Во втором разделе приведены результаты исследования оптических и

электрических свойств светодиодов, излучающих в диапазоне 250 - 345 им.

На основе моделирования с помощью программ SLED проведен сравнительный анализ характеристик светодиода без активной области и с активной областью двух типов. Расчеты выполнены для светодиода, имеющего в базовых областях сверхрешетки A1N/A10 osGao 92N с размерами db=l .25 нм и dw=0.5 нм. Активная область состояла из нелегированной сверхрешетки, имеющей в первом случае такие же размеры, а во втором - толщина ямы была увеличена на 1 монослой.

Расчеты показали, что наибольшей эффективностью электролюминесценции должна обладать структура, имеющая в активной области уширенные ямы. Рассчитанные зонная диаграмма и распределение тока рекомбинации приведены на рис. 7а. Увеличение толщины ямы приводит к уменьшению Ef сверхрешетки.

Введение узкозонной активной области, зажатой между широкозонными базовыми слоями диода, образует классическую двойную гетероструктуру (Алфёров, Казаринов, Авт свид СССР № 181737, 1963) Как видно из рисунка, почти все инжектированные носители рекомбинируют в активной области.

Результаты компьютерного моделирования находятся в хорошем качественном согласии с полученными экспериментальными данными. Была выращена серия из четырех светодиодных структур с различными типами активной области и одинаковыми базовыми слоями, состоящими из сверхрешётки A1N/A10 osGao 92N с размерами db=l 25 нм и dw=0 5 нм. Активная область состояла из 8 периодов нелегированной сверхрешетки. Изменение только ширины ямы в активной области позволило получить электролюминесценцию в диапазоне 250-290 нм. С помощью ионно-плазменного травления была изготовлена меза-структура диаметром 160 мкм. Введение тонкой активной области, не привело к заметным изменениям вольтамперной характеристики диода по сравнению с гомо-переходом (рис. 6). Напряжение отсечки менялось в пределах 5-6 В, а дифференциальное сопротивление составляло 100-120 Ом Наибольшая мощность излучения была получена в светодиоде с длиной волны 280 нм, которая составила 160 мкВт при прямом токе 250 А/см2 в импульсном режиме. Спектр электролюминесценции (ЭЛ) показан на рис. 76.

Таким образом, сверхрешётки с коротким периодом A1N/A10 o8Ga<) 92N могут быть успешно использованы для изготовления светодиодов с 1<300 нм. Однако для того, чтобы перекрыть длинноволновый диапазон спектра 300 - 350 нм, необходимо в барьерах сверхрешёток использовать материал, имеющий запрещенную зону более узкую, чем у A1N. Компьютерное моделирование показало, что сверхрешётки Al0 4Gao 6N/GaN db=5 нм и 0.5<dw<1.5 нм, позволяет получить люминесценцию в диапазоне длин волн 345 - 310 нм. Такие сверхрешетки имеют достаточно высокий уровень легирования п- и р-типа и могут быть использованы для изготовления светодиодов.

—?| г

3 0x10

2 5x10"'" |

гохю'2"*

1 5x10' 1 0x10'

X 210

50x10° 8. .О

00 н

-20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Расстояние, нм

250 300 350 400 450 500 550 Дгмево(т«>|ЗЛ,ни

Рис. 7. Для светодиода на двойной гетероструктуре рассчитанные зонная диаграмма и распределение тока рекомбинации Уг (а) и экспериментальный спектр электролюминесценци при прямом токе j=250 А/см2 (б).

Серия из четырех отдельно выращенных активных областей, состоящих из 5 периодов сверхрешётки с переменной шириной ямы, подтвердила результаты компьютерных расчетов. При изменении ширины ямы в пределах 0.6-1.5 нм длина волны катодолюминесценции линейно зависела от ширины и изменялась в пределах 345-325 нм Наибольшую интенсивность катодолюминесценции и наименьшую ширину пика на полувысоте (всего 11 нм) имела активная область с ¿4.=0.75 нм.

Основываясь на результатах измерения катодолюминесценции, был изготовлении светодиод с активной областью, состоящей из 5 периодов нелегированной сверхрешетки А10 4Сао 6Ы/ОаК с ¿4=0.75 нм и <4=5 нм. Спектр электролюминесценции, снятый при прямом токе 10 мА и напряжении 15 В приведен на рис. 8. Пик электролюминесценции с максимумом интенсивности на длине волны 335 нм имеет достаточно симметричную форму и ширину на полувысоте равную -12 нм Однако, из-за того, что активная область не имела ограничения для носителей тока, интегральная мощность излучения была в несколько раз меньше, чем у рассмотренных выше светодиодов с ограничением.

Третий раздел посвящен исследованию зависимости интенсивности люминесценции множественных квантовых ям (МКЯ) А10 550ао 45Ы/А10 430ао ^ от условий роста. Несмотря на хорошие спектральные характеристики светодиодов, не удается получить высокую интегральную мощность излучения из-за низкого внешнего квантового выхода (<1%). Причина этого главным образом заключается в низком внутреннем квантовом выходе, обусловленном слабой эффективностью излучательной рекомбинации электрон-дырочных пар в широкозонных квантовых ямах А1хОа|.хМ Один из путей повышения эффективности излучательной рекомбинации лежит в формировании квантовых точек в активной области светодиодной структуры.

Рис. 8. Спектр электролюминесценции светодиода на основе решетки Al0 4Gao 6N / GaN с db=5 нм и ¿/„,=0.75 нм при прямом токе 10 мА и напряжении 15 В.

Длина волны, нм

В данной работе было получено увеличение почти на два порядка интенсивности катодолюминесценции с длиной волны -280 нм при росте ямы в режиме сильного обеднения по аммиаку, при котором невозможен рост объёмного материала такого же состава. На картине дифракции быстрых электронов при этом появляется тенденция перехода к режиму трехмерного роста Оптимальная температура роста, при которой пик катодолюминесценции имеет максимальную интенсивность и минимальную ширину на полувысоте, составляет 795 °С. Этот эффект интерпретируется в терминах формирования квантовых точек АЮаЫ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С интенсивным развитием теории и практики точного земледелия в работах зарубежных и отечественных ученых разрабатываются методы неповреждающего контроля физиологического состояния растений и дистанционной диагностики посевов (Войта е1 а1., 1999; Якушев, 2003) Одним из таких методов является определение флуоресценции хлорофилла, информативность которого очень высока. Характеристика спектров флуоресценции хлорофилла и их изменение при действии неблагоприятных факторов среды служат показателями активности фотосинтетического аппарата и его устойчивости к действию стрессоров (Николенко, 2000) В экспериментах, проводимых в лаборатории биофизики растений отдела светофизиологии растений и биопродуктивности агроэкосистем Агрофизического научно-исследовательского института Россельхозакадемии (Канаш, 2005), флуоресценция возбуждалась с помощью ультрафиолетового светодиода (УФ-А+синий) с максимумом излучения 370 или 400 нм, подсоединенного к стабилизированному источнику питания. Флуоресценция улавливалась оптоволоконным датчиком отражения и поступала в ПК. Настройка таймера в компьютере позволяла замерять затухание флуоресценции. Разница между спектрами флуоресценции и поглощения хлорофилла позволяет возбуждать флуоресценцию светом одной волны (УФ-А+синий свет), а измерять её в другом диапазоне (600-800 нм) (рис. 9).

При возбуждении УФ-В радиацией (обычно с максимумом 300-310 нм) можно получить полный спектр флуоресценции листа, который представлен не только флуоресценцией хлорофилла (красная флуоресценция), но и сине-зеленой флуоресценцией некоторых вторичных метаболитов, роль которых в регулировании взаимодействия растений со средой обитания чрезвычайно высока Обычно при диагностике физиологического состояния растений сине-зеленая флуоресценции возбуждается с помощью эксимерного лазера, оснащенного набором светофильтров. Несомненно, что светодиоды, излучающие в УФ-В области спектра, очень удобны для проведения подобных исследований.

Кроме диагностики физиологического состояния растений по показателям сине-зеленой и красной флуоресценции, ультрафиолетовые светодиоды могут найти применение также при исследовании механизмов действия УФ радиации на различные органы растений и передачи сигнала между дистанционно удаленными органами. В этом случае светодиоды с различными спектральными характеристиками могут быть использованы для облучения небольших участков листьев, стеблей, цветков или других органов растений.

Рис. 9. Спектры возбуждения и флуоресценции хлорофилла.

ЭФ, отн ед 2,5 -

0,5 •

О

CnsKïpj _ . tofimbiK

if :

t

ч-

Cnetirp - флуоресценции - -

хлорофилла

т

350 397 443 490 535 581 626 671 716 760 Длина волны, нм

выводы

1. Изучены процессы зарождения и роста буферного слоя A1N на кремниевых и сапфировых подложках. Образование нитрида кремния на поверхности подложки способствует формированию буферного слоя A1N высокого качества. Оптимальная температура подложки составляет 860°С.

2. Определён характер влияния основных кинетических параметров - отношения потоков элементов III и V группы и температуры на скорость роста A1N и GaN. Показано, что на зависимости скорости роста от отношения III/V можно выделить три области с различным характером поведения: ЫН3-лимитирующий, HI-лимитирующий и «вязкостный». С увеличением температуры скорость роста GaN уменьшается и не зависит от отношения V/III.

]

3 Исследованы оптические и электрические свойства сверхрешёток AIN / AI0 osGao 92N (А) и AI0 4Gao 6N / GaN (Б).

Установлено:

- эффективная ширина запрещенной зоны может быть плавно изменена в диапазоне 4 5-5 3 эВ (275-232 нм) у решетки (А) при изменении ее периода в интервале 1.25-2 25 нм и в диапазоне 3.6-3.8 эВ (345-325 нм) у решетки (Б) при изменении ее периода в интервале 5.6-7.5 нм;

- в результате легирования сверхрешеток кремнием и магнием может быть получена концентрация ~ 1 -1019 см"3 и —1-1018 см"3 для электронов и дырок, соответственно;

- достигнутый уровень легирования позволяет на основе сверхрешеток получать р-n-переходы высокого качества.

4 В результате исследования легирования слоев AlxGa!_xN кремнием и магнием установлено:

- энергия активации примесных уровней возрастает с увеличением состава х, особенно сильно в случае легирования магнием;

- в легированных кремнием слоях возможно получение высокой концентрации электронов больше 110" см"3 вплоть до состава х=0.85;

- оптимальными концентрациями кремния и магния при легировании слоев являются (число атомов) 1-2-1020 см"3 и 2-7-1019 см"3, соответственно;

5 Результаты компьютерного моделирования впервые позволили получить УФ светодиоды с излучением в диапазоне длин волн 250-290 нм и 325-345 нм на основе сверхрешёток A1N/A10 oeGao 92N и Alo 4Gao 6N/GaN, соответственно.

6. Разработанные полупроводниковые излучатели для ультрафиолетовой области спектра должны найти широкое применение для контроля физиологического состояния растений как в лабораторных, так в полевых исследованиях.

Публикации по теме диссертации

1. Borisov В., Kuiyatkov V. (et. al.). Si-doped AlxGa,_xN (0.56 < x < 1) layers grown by molecular beam epitaxy with ammonia. Appl. Phys. Lett., 2005. v. 87, 132106.

2. Zhu К, Kuryatkov V., Borisov B. (et. al.). Evolution of Surface Roughness of AIN and GaN Induced by Inductively Coupled Cl2/Ar Plasma Etching", J. Appl. Phys., * 2005, v. 95, pp. 4635-4641.

3 Holtz M., Ahmad I., Kuryatkov V., Borisov B. (et. al.). Optical Properties of AlN/AlGa(In)N Short Period Superlattices- Deep UV Light Emitting Diodes Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 2004, v. 798, Yl.9.1. 4. Nikishin S., Kuryatkov V , Chandolu A., Borisov B. (et. al.) Deep Ultraviolet Light Emitting Diodes Based on Short Period Superlattices of AlN/AlGa(In)N. Jpn. J Appl. Phys., 2003, v. 42, L1362-L1365.

5. Kuryatkov V, Zhu K., Borisov B. (et. al). Electrical properties of p-n junctions based on superlattices of AlN/AlGa(In)N. Appl. Phys. Lett., 2003, v. 83, pp. 1319 - 1321.

6. Kipshidze G., Kuryatkov V., Zhu K., Borisov B. (et. al) AlN/AlGalnN superlattice light-emitting diodes at 280 nm. J. Appl. Phys., 2003, v. 93, pp. 1363-1366.

7. Kipshidze G., Kuryatkov V., Borisov B. (et. al). Deep ultraviolet AlGalnN-based light-emitting diodes on Si (111) and sapphire. Phys. Stat. Sol (a), 2002, v. 192, pp. 286-291.

8. Kipshidze G., Kuryatkov V., Borisov B. (et. al.). AlGalnN-based ultraviolet diodes grown on Si (111). Appl. Phys. Lett., 2002, v. 80, pp. 3682 - 3684.

9. Holtz M., Kipshidze G., Chandolu A., Yun J, Borisov B. (et. al). Preparation of Optoelectronic Devices Based on AIN/AlGaN Superlattices. Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 2002, v. 744, M 10.1.

10. Alexeev A., Borisov B (et. al). The growth rate evolution versus substrate temperature and V/III ratio during GaN MBE using ammonia. MRS Internet J. Nitride Semicond. Res. 1999, v. 4, p. 6.

Подписано в печать У(Р. Тираж

Заказ N #39

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в цифровом копировальном центре «Восстания 1» 191025, Санкт-Петербург, ул. Восстания, д. 1

»23936

РНБ Русский фонд

2006-4 27312

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Борисов, Борис Александрович

Введение.

Глава 1. Свойства, применение и особенности получения 10 нитридов металлов третьей группы.

1.1. Основные свойства и применение III-нитридов.

1.2. Способы получения эпитаксиальных плёнок нитридов металлов третьей группы.

Глава 2. Экспериментальные методики и постановка экспериментов.

2.1. Конструктивные и функциональные особенности установки ЭПН-1.

2.1.1. Структура установки ЭПН-1.

2.1.2. Подготовка и проведение эпитаксиалъного роста на установке ЭПН-1.

2.2. Конструктивные и функциональные особенности установки RIBER 32Р.

2.2.1. Структура установки RIBER 32Р.

2.2.2. Особенности использования яркостного пирометра для контроля ростового процесса в молекулярно-пучковой эпитаксии.

2.2.3. Подготовка и проведение эпитаксиалъного роста на установке RIBER 32Р.

2.2.4. Особенности использования силана для легирования III-нитридов кремнием в установке RIBER 32Р.

2.2.5. Особенности использования эффузионной ячейки в качестве источника магния.

2.3. Измерение параметров эпитаксиальных структур.

2.4. Постростовое технологическое оборудование и методики.

2.4.1. Реактивное ионно-ппазменное травление.

2.4.2. Омические контакты к легированным слоям п- и р-типа проводимости.

Глава 3. Рост полупроводниковых слоев AIN, GaN и твёрдых растворов на их основе методом молекулярно-пучковой эпитаксии.

3.1. Начальная стадия эпитаксиального роста.

3.1.1. Эпитаксиалъный рост на Si (111).

3.1.2. Эпитаксиалъный рост на А1203 (0001).

3.2. Кинетика эпитаксиального роста нитридов Ill-группы.

3.3. Кристаллические и оптические свойства короткопериодных сверхрешёток AIN/AlGaN.

Глава 4. Получение и свойства светодиодов с излучением в УФ области на основе гетероструктур AIGaN.

4.1. Легирование сплавов AIGaN.

4.1.1. Легирование слоев AlxGaixN кремнием в диапазоне составов 0.56<с<1.00.

4.1.2. Легирование слоев AlxGai.xNмагнием в диапазоне составов 0<х<0.35.

4.1.3. Легирование и электрические свойства короткопериодных сверхрешёток.

4.2. Оптические и электрические свойства светодиодов, излучающих в дальней УФ области.

4.3. Рост и оптические свойства квантовых точек AIGaN. 135 Заключение. Выводы.

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Полупроводниковые излучатели для ультрафиолетовой области спектра на основе нитридов металлов третьей группы"

Актуальность темы

Абрам Фёдорович Иоффе — создатель отечественной физической школы (Алфёров, 2005) придавал большое значение развитию полупроводниковой техники, мечтал на её основе создать «электронный агроном» (Иоффе, 1955; Иоффе, 1957; Кульков, 2002). Особое внимание А.Ф. Иоффе обращал на разработку способов изготовления различных полупроводниковых материалов (Иоффе, 1956), методик определения их основных параметров и фотоэлектрических свойств (Фогельсон, 2002). В развитии научных идей А.Ф. Иоффе в настоящее время достигнут значительный прогресс в разработке и создании эффективных полупроводниковых устройств, в частности светодиодов, излучающих в сине-зелёной и длинноволновой ультрафиолетовой (УФ) области спектра. Что касается УФ-В диапазона (280-320 нм) и более коротковолнового, то в них эффективность излучения светодиодов остаётся ещё очень низкой, хотя потребность в таких излучателях чрезвычайно высока. Они необходимы для решения многих прикладных задач в различных областях науки и техники, и в частности, в агрофизических исследованиях.

Нитриды металлов III группы периодической системы элементов Д.И.Менделеева (далее — Ш-нитриды), включающие три двойных соединения семейства AIN, GaN, InN и их сплавы, представляют собой широкозонные полупроводники с прямыми оптическими переходами и стабильными физическими и химическими свойствами. В настоящее время они считаются одними из наиболее перспективных материалов для разработки новых типов оптоэлектронных устройств, работающих в широком диапазоне длин волн от видимой до дальней УФ областей спектра, а также мощных СВЧ приборов, способных функционировать в агрессивных средах и при высоких температурах.

Ключевой проблемой при получении высококачественных пленок III-нитридов является отсутствие подходящих подложек, имеющих соответствующие параметры кристаллической решетки и коэффициент теплового расширения. Так, традиционные подложки из сапфира и кремния, на которых выращивают слои III-нитридов, имеют, например, для GaN рассогласование 14% и 17% соответственно. Начальная стадия роста, на которой происходит «согласование» кристаллических решеток подложки и пленки, в этом случае оказывает решающее влияние на структурные, электрические и оптические свойства получаемых полупроводниковых слоев и гетерострукту р.

Другим важным аспектом при создании светоизлучающих приборов является получение высокого уровня легирования базовых областей. Однако легирование широкозонных полупроводников обычно представляет собой довольно непростую задачу. Один из путей преодоления этой трудности лежит в использовании короткопериодных сверхрешеток. Для использования в светодиодах, излучающих в дальней УФ области спектра, сверхрешётки должны содержать в барьерах чистый A1N и иметь период, равный всего нескольким монослоям. Рост, оптические и электрические свойства таких сверхрешеток и возможность их использования в светодиодах в настоящее время остаются практически не изученными.

Повышение эффективности излучения требует использования в активной области светодиода квантово-размерных структур — квантовых ям и точек. Если свойства квантовых ям AlGaN уже довольно хорошо изучены, то в литературе совершенно отсутствует информация о получении и свойствах квантовых точек AlGaN.

В настоящее время эпитаксиальные слои III-нитридов получают в основном методами газофазнаой эпитаксии из металлорганических соединений и молекулярно-пучковой эпитаксии. Несомненно, метод молекулярно-пучковой эпитаксии является одним из наиболее перспективных методов получения полупроводниковых структур с толщинами слоев, находящимися на атомном уровне. К достоинствам этого метода относятся возможность получения монокристаллов высокой чистоты (за счет проведения ростового процесса в сверхвысоком вакууме); возможность выращивания сверхтонких слоев с резкими изменениями состава на границах (за счет относительно низких температур роста, препятствующих взаимной диффузии компонент, и практически мгновенного прерывания молекулярных потоков, поступающих на подложку); прецизионный контроль толщин слоев на атомарном уровне (за счет высокой скорости управления потоками и относительно малых скоростей роста); высокая однородность состава и уровня легирования вдоль поверхности структуры и др.

Таким образом, разработка технологии получения эффективных УФ светодиодов на основе Ш-нитридов методом молекулярно-пучковой эпитаксии является весьма актуальной.

Цель и задачи исследования

Целью данной работы являлась разработка технологии получения светодиодов, излучающих в ультрафиолетовой области 250-340 нм на основе нитридов металлов третьей группы (Al, Ga) методом молекулярно-пучковой эпитаксии (осаждения кристаллических плёнок в сверхвысоком вакууме) при взаимодействии пучков атомов или молекул с аммиаком (NH3).

Для этого были поставлены и решены следующие задачи: о исследован рост плёнок A1N, GaN, AlxGaixN (х<1) и найдены условия для получения названных слоев высокого кристаллического качества; о исследовано легирование слоёв AlxGai.xN магнием и кремнием и определён диапазон изменения состава (х), при котором уровень п- и р-типа легирования достаточен для использования в ультрафиолетовых светодиодах; о определены физические параметры короткопериодных сверхрешеток AlN/AlxGaixN и AlxGaixN/GaN для достижения оптимального уровня легирования; о исследованы оптические свойства активной области получаемых слоёв, найдены структура и параметры эпитаксиального роста, дающие наибольшую эффективность излучательной рекомбинации; о на основе экспериментальных данных разработана структура ультрафиолетовых светодиодов с излучением в диапазоне 250-345 нм; о исследованы электрические и оптические характеристики полученных светодиодов.

Научная новизна

В результате проведения целого комплекса исследований с применением метода молекулярно-пучкового осаждения были разработаны технологические условия роста слоев нитридов алюминия и галлия с высокими электрическими и оптическими характеристиками, позволившие впервые получить светодиоды, излучающие в диапазоне длин волн 250-345 нм.

В процессе выполнения работы были получены новые данные по легированию, электрическим и оптическим свойствам слоев AlxGai.xN и, созданных на их основе, короткопериодных сверхрешёток, имеющих большое научное и прикладное значение.

Выяснены условия для роста слоёв, позволившие впервые получить квантовые точки AlGaN в матрице AlxGai.xN, использование которых в активной области светодиода позволяет увеличить мощность излучения на два порядка.

Практическая значимость

Разработанная методика может быть использована в качестве основы промышленной технологии получения полупроводниковых приборов, излучающих в коротковолновой УФ области спектра, которые могут найти широкое применение в агропочвоведческих и агрофизических исследованиях, например, при микроанализе состава биологических сред, почвы, растительных объектов (Лискер, 1987; Лискер, 1998; Лискер, 2002; Лискер, 2000; Мошков, 1966; Мошков, 1973), при изучении фотофизических процессов фотосинтеза (Архипов и др., 2002), для использования в облучательных установках регулируемых агроэкосистем (РАЭС) (Ермаков, 2002) и в модельных опытах по влиянию разных доз радиации на продуктивность сельскохохяйственных культур (Канаш, 2001; Канаш, 2002; Канаш, 1992; Савин и др., 1985).

Основные результаты работы, выдвигаемые на защиту:

- условия роста высокотемпературного буферного слоя A1N, позволяющие получать на кремниевых и сапфировых подложках эпитаксиальные слои III-нитридов с высоким кристаллическим совершенством;

- результаты экспериментального исследования влияния основных кинетических параметров (температуры и отношения потоков элементов III и V группы) на эпитаксиальный рост и десорбцию A1N и GaN;

- результаты исследования легирования магнием и кремнием, электрических и оптических свойств короткопериодных сверхрешёток AlN/Al0.08Ga0.92N;

- методика получения и результаты исследования оптических и электрических свойств светодиодов на основе короткопериодных сверхрешёток AIN/AlGaN и AlGaN/GaN с излучением в УФ области 250-г345 нм;

- результаты исследования легирования и электрических свойств твердых растворов AlxGai.xN п- и р-типа различного состава (0<х<1);

- условия роста множественных квантовых ям, приводящие к формированию квантовых точек и увеличению интенсивности люминесценции на два порядка;

- перспективы использования полупроводниковых излучателей в УФ области спектра в агропочвоведении и агрофизике.

Апробация работы

Диссертационная работа выполнялась в рамках открытой тематики НИР Отделения нейтронных исследований Петербургского института ядерной физики им. Б. П. Константинова (ПИЯФ) Российской академии наук: «Изучение проблемы нарушения сверхрешёток (CP-нарушения); поиск электрического дипольного момента нейтрона (1985-1990 г.г., регистрационный номер 01.9.60.033.50), «Изучение упругого и неупругого адрон-нуклонного рассеяния» (1985-1990 г.г., регистрационный номер 01.86.0122.456).

Результаты работы прошли успешную апробацию на представительных научных форумах в России, Германии, Испании, США, Японии:

IV Международная конференции: «Физика светоизлучающих устройств, созданных на основе нано-технологий (Physics of Light-Matter Coupling in

Nanostructures)», 29 июня - 3 июля, Санкт-Петербург, 2004 г.,

5 Международная конференция по полупроводникам на основе нитридов

5th International Conference on Nitride Semiconductors)», 25 - 30 мая, Hapa,

Япония, 2003 г.; «Международное совещание по полупроводникам на основе нитридов (International Workshop on Nitride Semiconductors)», 22 - 25 июля,

Аахен, Германия, 2002 г.; «4 Международная конференция по лазерам, th излучающим в голубой области спектра, и светодиодам (4 International

Symposium on Blue Lasers and Light Emitting Diodes)», 11-15 марта, Кордова, th

Испания, 2002 г.; 7 Симпозиум по нитртдам третьей группы (7 Wide Bandgap Ill-Nitride Workshop)», 10-14 марта, Ричмонд, США, 2002 г.; 20 Северо-Американская конференция по молекулярно-пучковой эпитаксии (20th North American Conference on Molecular Beam Epitaxy)», 1 - 3 октября, Провайденс, США, 2001 г.; 4 Международная конференция по полупроводникам на основе нитридов (4th International Conference on Nitride Semiconductors)», 16-20 июля, Денвер, США, 2001 г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 10 работ (в соавторстве). Структура и объём диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, выводов, и списка литературы, изложена на 163 страницах машинописного текста, содержит 2 таблицы и 67 рисунков. Список литературы включает 177 наименований, из них 141 зарубежных авторов.

Заключение Диссертация по теме "Агропочвоведение и агрофизика", Борисов, Борис Александрович

ВЫВОДЫ

1. Изучены процессы зарождения и роста буферного слоя A1N на кремниевых и сапфировых подложках. Образование нитрида кремния на поверхности подложки способствует формированию буферного слоя A1N высокого качества. Оптимальная температура подложки составляет 860°С.

2. Определён характер влияния основных кинетических параметров -отношения потоков элементов III и V группы и температуры на скорость роста A1N и GaN. Показано, что на зависимости скорости роста от отношения III/V можно выделить три области с различным характером поведения: NH3-лимитирующий, III-лимитирующий и «вязкостный». С увеличением температуры скорость роста GaN уменьшается и не зависит от отношения V/III.

3. Исследованы оптические и электрические свойства сверхрешёток A1N / Alo.08Gao.92N (А) и Alo.4Gao.6N / GaN (Б). Установлено:

- эффективная ширина запрещённой зоны может быть плавно изменена в диапазоне 4.5-5.3 эВ (275-232 нм) у решётки (А) при изменении её периода в интервале 1.25-2.25 нм и в диапазоне 3.6-3.8 эВ (345-325 нм) у решётки (Б) при изменении её периода в интервале 5.6-7.5 нм;

- в результате легирования сверхрешёток кремнием и магнием может быть получена концентрация ~Ы019 см"3 и ~Ы018 см'3 для электронов и дырок, соответственно;

- достигнутый уровень легирования позволяет на основе сверхрешёток получать р-п-переходы высокого качества.

4. В результате исследования легирования слоев AlxGaixN кремнием и магнием установлено:

- энергия активации примесных уровней возрастает с увеличением состава х, особенно сильно в случае легирования магнием;

- в легированных кремнием слоях возможно получение высокой

1Q 1 концентрации электронов больше 1-10 см вплоть до состава *=0.85;

- оптимальными концентрациями кремния и магния при легировании слоев являются (число атомов) 1-2-Ю20 см"3 и 2-7-1019 см"3, соответственно;

5. С помощью результатов компьютерного моделирования были разработаны и впервые созданы УФ светодиоды с излучением в диапазоне длин волн 250-290 нм и 325-345 нм на основе сверхрешёток AlN/Al0.08Ga0.92N и Alo.4Gao.6N/GaN, соответственно.

6. Разработанные полупроводниковые излучатели для ультрафиолетовой области спектра должны найти широкое применение для контроля физиологического состояния растений как в лабораторных, так в полевых исследованиях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С интенсивным развитием теории и практики точного земледелия в работах зарубежных и отечественных ученых разрабатываются методы неповреждающего контроля физиологического состояния растений и дистанционной диагностики посевов (Якушев, 2002; Bouma, 1999). Одним из таких методов является определение флуоресценции хлорофилла, информативность которого очень высока. Характеристика спектров флуоресценции хлорофилла и их изменение при действии неблагоприятных факторов среды служат показателями активности фотосинтетического аппарата и его устойчивости к действию стрессоров (Николенко, 2000). В экспериментах, проводимых в лаборатории биофизики растений отдела светофизиологии растений и биопродуктивности агроэкосистем Агрофизического научно-исследовательского института Росельхозакадемии (Канаш, 2001; Канаш, 2002; Канаш, 1992; Савин и др., 1985) флуоресценция возбуждалась с помощью ультрафиолетового светодиода (УФ-А+синий) с максимумом излучения 370 или 400 нм, подсоединенного к стабилизированному источнику питания. Флуоресценция улавливалась оптоволоконным датчиком отражения и поступала в ПК. Настройка таймера в компьютере позволяла замерять затухание флуоресценции. Разница между спектрами флуоресценции и поглощения хлорофилла позволяет возбуждать флуоресценцию светом одной волны (УФ-А+синий свет), а измерять ее в другом диапазоне (600-800 нм) -рис. 5.1.

При возбуждении УФ-В радиацией (обычно с максимумом 300-310 нм) можно получить полный спектр флуоресценции листа, который представлен не только флуоресценцией хлорофилла (красная флуоресценция), но и сине-зеленой флуоресценцией некоторых вторичных метаболитов, роль которых в регулировании взаимодействия растений со средой обитания чрезвычайно высока. Обычно при диагностике физиологического состояния растений сине-зеленая флуоресценции возбуждается с помощью эксимерного лазера, оснащённого набором светофильтров. Несомненно, что светодиоды, излучающие в УФ-В области спектра, очень удобны для проведения подобных исследований. К сожалению, такие светодиоды только разрабатываются и пока не доступны для исследователей.

Кроме диагностики физиологического состояния растений по показателям сине-зеленой и красной флуоресценции, ультрафиолетовые светодиоды могут найти применение также при исследовании механизмов действия УФ радиации на различные органы растений и передачи сигнала между дистанционно удаленными органами. В этом случае светодиоды с различными спектральными характеристиками могут быть использованы для облучения небольших участков листьев, стеблей, цветков или других органов растений.

Рис. 5.1. Спектры возбуждения и флуоресценции хлорофилла.

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата технических наук, Борисов, Борис Александрович, Санкт-Петербург

1. Алфёров Ж.И. Абрам Фёдорович Иоффе — создатель отечественной физической школы. / Материалы межд. Конференции, посвященной 125-летию со дня рождения А.Ф.Иоффее. Санкт-Петербург, 27-28 октября 2005 г. -СПб.: ФТИ,2005.24 с.

2. Алфёров Ж.И., Казаринов Р.Ф., Авт. свид. СССР, 1963, N 181737.

3. Антипов В.Г., Никишин С. А, Синявский Д. В. // Письма в ЖТФ, 1991, 17,45.

4. Архипов М.В., Савин В.Н., Николенко В.Ф. Биофизика и радиационная биология растений. / В сб.: Агрофизика от А.Ф.Иоффе до наших дней. Под общей редакцией И.Б.Ускова. СПб.: АФИ, 2002. 73-83.

5. Бахтизин Р.З. Голубые диоды. // Соросовский образовательный журнал, 2001,7, 75-83

6. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука, 1970.

7. Воробьев А.А., Кораблев В.В., Карпов С.Ю. Легирование магнием в молекулярно-пучковой эпитаксии нитрида галлия из активированного азота. //ФТП, 2003, 37, 866-870.

8. Епифанов Г.И. Физические основы микроэлектроники. М.: Советское радио, 1971.

9. Ермаков Е.И. Растение и среда обитания в регулируемой агроэкосистеме. / Агрофизика 21 века (к 70-летию образования Агрофизического института). Тр. межд. научно-практич. конф. 8-12 июля 2002 года. СПб.: Россельхозакадемия, 2002. с. 22-25.

10. Иоффе А.Ф. Физика и сельское хозяйство. М.:, Л.: АН СССР, 1955.

11. Иоффе А.Ф. Полупроводники и их применение. М.:, Л.: АН СССР, 1956.

12. Иоффе А.Ф. Советская агрофизика. М.: Наука, 1957.

13. Канаш Е.В. Эколого-физиологические основы действия УФ-В радиации и диагностика устойчивости растений. / Дисс.докт. биол. наук. СПб.: АФИ, 2001. 299 С.

14. Канаш Е.В., Савин В.Н., Осипов Ю.А. Влияние повышенных уровней УФ радиации на рост и продуктивность сельскохозяйственных растений. / В сб.: Современные проблемы изучения и сохранения биосферы. Т. 3. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. с. 211-218.

15. Кикоин И.К. Таблицы физических величин. Справочник. М.: Атомиздат, 1976. 1006 с.

16. Кузнецов Н.И., Ирвин К.Г. Вольт-амперные характеристики GaN и AlGaN р-п-диодов. // ФТП, 1998, 32, с. 369-372.

17. Кульков О.В. «Электронный агроном» и инструментальный контроль полевых агротехнологий. / В сб.: Агрофизика от А.Ф.Иоффе до наших дней. Под общей редакцией И.Б.Ускова. СПб.: АФИ, 2002. с. 154-167.

18. Кучис Е.В. Методы исследования эффекта Холла. М.: Советское радио, 1974.

19. Лискер И.С. Физические методы исследования в агромониторнге. // В сб.: Физические методы и средства получения информации в агромониторинге. JL: Колос, 1987. с. 3-21.

20. Лискер И.С. Лазерно-оптические методы и системы автоматизированного исследования растений и семян. / В сб.: Агрофизические методы и приборы. Т. 3. Растения и среда их обитания. Л.: Россельхозакадемия, 1998. с. 299-311.

21. Мотт Н., Дэвис Э. Электронные процессы в некристаллических веществах. М.: Мир, 1982. 658 с.

22. Мошков Б.С. Выращивание растений на искусственном освещении. Изд. 2-ое, перераб. М.:, JL: Колос, 1966.

23. Мошков Б.С. Роль лучистой энергии в выявлении потенциальной продуктивности растений. -М.: Наука, 1973.

24. Николенко В.Ф. Определение жароустойчивости растений флуоресцентным методом, онтогенетические и сортовые закономерности её изменчивости. / Дисс. докт. биол. наук. СПб.: АФИ. 2000.

25. Савин В.Н., Канаш Е.В., Осипов Ю.А., Николенко В.Ф., Котович И.Н. Влияние экологической ультрафиолетовой радиации на рост и продуктивность ячменя и пшеницы. // Физиол. и биохим. культурных раст. 1985, т. 17. с 562-567.

26. Справочник для химиков, инженеров и врачей. Вредные вещества в промышленности. В 3-х томах. Т.З. Неорганические и элементорганические соединения. / Под ред. Н.В.Лазарева и И.Д.Гадаскиной. Л.: Химия, 1977. 608 с.

27. Справочник. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Т. 2, 3. Ред. В. П. Глушко. М.: Наука, т. 2, 1979. 331 е., т. 3, 1981. 560 с.

28. Фёдоров М. В., Мохосев Ф. П., Алексеев И.П. Химия галлия, индия и таллия. Новосибирск: Наука, 1977. 224 с.

29. Фогельсон И.Б. Полупроводниковые термопреобразователи в агромониторинге. / В сб.: Агрофизика от А.Ф.Иоффе до наших дней. Под общей редакцией И.Б.Ускова. СПб.: АФИ, 2002. с. 206-227.

30. Шека И. А., Шека 3. А. Галогениды индия и их координационные соединения. Киев: Наук. Думка, 1981. 300 с.

31. Якушев В. П. На пути к точному земледелию. СПб.: Изд-во ПИЯФ РАН, 2002.

32. Abernathy C.R. / In: GaN and Related Materials, edited by S J.Pearton. New York: Gordon and Breach, 1997. pp. 11-51.

33. AdivarahanV., S.Wu, J. P.Zhang, A.Chitnis, M.Shatalov, V.Madavilli, R.Gaska, M.AsifKhan. High-efficiency 269 nm emission deep ultraviolet light-emitting diodes. // Appl. Phys. Lett., 2004, 84, 4762-4764.

34. AlexeevA.N., S.Yu.Karpov, M.A.Maiorov, V.E.Myachin, Yu.V.Pogorelsky, I.A.Sokolov. Thermal etching of binary and ternary III-V compounds under vacuum conditions. //J. Cryst. Growth, 1996, 166, 167-171.

35. AmbacherO. Growth and applications of Group Ill-nitrides. // J. Phys. D., 1998,31,2653-2710.

36. Ambacher O., W.Rieger, P.Ansmann, H.Angerer, T.D.Moustakas, M.Stutzmann. Sub-bandgap absorption of gallium nitride determined by Photothermal Deflection Spectroscopy. // Sol. State Commun., 1996, 97, 365-370.

37. Aoki M., H.Yamane, M Shimada, S.Sarayama, F.J DiSalvo. Conditions for seeded growth of GaN crystals by the Na flux method. // Mater. Letters, 2002, 56, 660-664.

38. Ashley K.L., A.G.Milnes. Double Injection in Deep-Lying Impurity Semiconductors. //J. Appl. Phys., 1964, 35, 369-374.

39. Bauer J., L.Biste, D.Bolze. // Phys. Status Solidi (a), 1977, 39, 173.

40. Borisov В., V.Kuryatkov, Yu.Kudryavtsev, R.Asomoza, S.Nikishin, M.Holtz, H.Temkin. Si-doped AlxGai.xN (0.56 < x < 1) layers grown by molecular beam epitaxy with ammonia. // Appl. Phys. Lett., 2005, 87, 132106.

41. Binari S.C., K.Ikossi, J.A.Roussos, W.Kruppa, D.Park, H.B.Dietrich, D.D.Koleske, A.E.Wickenden, R.L.Henry. Trapping effects and microwave power performance in AlGaN/GaN HEMTs. // IEEE Trans. Electron. Dev., 2001, 48, 465-471.

42. Bobel F.G., H.Moller, A.Wowchak, B.Hertl, J.Van Hove, L.A.Chow, P.P.Chow. Pyrometric interferometry for real time molecular beam epitaxy process monitoring. // J. Vac. Sci. Technol., 1994, B, 12, 1207-1210.

43. Bouma J., J.Stoorvogel, B.A.van Alphen, H.W.G.Boolting. Pedology, Precision Agriculture and Changing Paradigm of agriculture Research. // Soil Sci. Soc. Am. J., 1999, 63, 1763-1768.

44. Bourret A., A.Barski, J.L.Rouviere, G.Renaud, A.Barbier. Growth of aluminum nitride on (III) silicon: Microstructure and interface structure. // J. Appl. Phys., 1998, 83, 2003-2009.

45. CasadyJ.B., A.K.Agarwal, S.Seshadri, R.R.Siergiej, L.B.Rowland, M.F. MacMillan, D.C.Sheridan, P.A.Sanger, C.D.Brandt. 4H-SiC power devices for use in power electronic motor control. //Solid-State Electron., 1998, 42,2165-2176.

46. Chaly V.P., D.M.Demidov, G.A.Fokin, S.Yu.Karpov, V.E.Myachin, Yu.V.Pogorelsky, I.Yu.Rusanovich, A.P.Shkurko, A.L.Ter-Martirosyan. Use of molecular beam epitaxy for high-power AlGaAs laser production. // J. Cryst. Growth, 1995,150, 1350-1353.

47. Chang I. F. Contact resistance in diffused resistors. // J. Electrochem. Soc., 1970,117,368-373.

48. Chen J., D.G.Ivey, J.Bardwell, Y.Liu, H.Tang, J.B.Webb. Microstructural analysis of Ti/Al/Ti/Au ohmic contacts to n-AlGaN/GaN. // J. Vac. Sci. Technol. A, 2002, 20, 1004-1010.

49. ChowdhuryU., M.M.Wong, C.J.Collins, B.Yang, J.C.Denyszyn, J.C.Campbell, R.D.Dupuis. High-performance solar-blind photodetector using an Alo.6Gao.4N n-type window layer. // J. Cryst. Growth, 2003, 248, 552-555.

50. Cui J., A.Sun, M.Reshichkov, F.Yun, A.Baski, H.Morko?. Preparation of Sapphire for High Quality Ill-Nitride Growth. // MRS Internet J. Nitride Semicond., 2000, 5, 7.

51. Daudin В., F.Widmann, G.Feuillet, Y.Samson, M.Arlery, J.L.Rouviere. Stranski-Krastanov growth mode during the molecular beam epitaxy of highly strained GaN. // Phys. Rev. B, 1997, 56, R7069-R7072.

52. Dimitrov R., M.Murphy, J.Smart, W.Schaff, J.R.Shealy, L.F.Eastman,i

53. O.Ambacher, M.Stutzmann. Two-dimensional electron gases in Ga-face and N-face AlGaN/GaN heterostructures grown by plasma-induced molecular beam epitaxy and metalorganic chemical vapor deposition on sapphire. // J. Appl. Phys., 2000, 87, 3375-3380.

54. Dobson P.J., B.AJoyce, J.H.Neave. Current understanding and applications of the RHEED intensity oscillation technique. // J. Crystal Growth., 1987, 81, 1-8.

55. Eastman L.F. Results, Potential and Challenges of High Power GaN-Based Transistors. //Physica Status Solidi (a), 1999,176, 175-178.

56. Edgar J. H.(ed.). Properties of Group III Nitrides. Institution of Electrical Engineers, 1994.

57. Felice R.Di, J.E.Northrup. Energetics of A1N thin films on the Al203(0001) surface.//Appl. Phys. Lett., 1998, 73, 936-938.

58. FengY., M.A.Reshchikov, L.He, T.King, H.Morko?, S.W.Novak, L.Wei. Energy band bowing parameter in AlxGa!xN alloys. // J. Appl. Phys., 2002, 92, 4837-4839.

59. Fiorentini V., F.Bernardini. Effects of macroscopic polarization in III-V nitride multiple quantum wells. // Phys. Rev., 1999, 60, 8849-8858.

60. FischerS., C.Wetzel, E.E.Haller, B.K.Meyer. On p-type doping in GaN— acceptor binding energies. //Appl. Phys. Lett., 1995, 67, 1298-1300.

61. Furis M., A.N.Cartwright, J.Hwang, W.J.Schaff. Time Resolved Photoluminescence of Si-doped High Al Mole Fraction AlGaN Epilayers Grown by Plasma-Enhanced Molecular Beam Epitaxy. // Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 2004, 798, Y5.45.

62. Goepfert I. D., E.F.Schubert, A.Osinsky, P.E.Norris, N.N.Faleev. Experimental and theoretical study of acceptor activation and transport properties in p-type AlxGatxN/GaN superlattices. // J. Appl. Phys., 2000, 88, 2030-2038.

63. Goldberg Yu. / In: Properties of Advanced SemiconductorMaterials GaN, A1N, InN, BN, SiC, SiGe. Eds. Levinshtein M.E., Rumyantsev S.L., Shur M.S. New York: John Wiley & Sons Inc., 2001, 31-47.

64. Grandjean N., J.Massies, F.Semond, S.Yu.Karpov, R.A.Talalaev. GaN evaporation in molecular-beam epitaxy environment. // Appl. Phys. Lett., 1999, 74, 1854-1856.

65. Grandjean N., J.Massies, M.Lerou, Nitridation of saphire. Effect on the optical properties of GaN epitaxial overlayers. // Appl. Phys. Lett., 1996, 69, 2071-2073.

66. Guha S., N.A.Bojarczuk, F.Cardone. Mg in GaN: Incorporation of a volatile species at high temperatures during molecular beam epitaxy. // Appl. Phys. Lett., 1997, 71, 1685-1687.

67. Guo Q., O.Kato, A.Yoshida. Thermal stability of indium nitride single crystal films. // J. Appl. Phys., 1993, 73, 7969-7971.

68. Haffouz S., H.Tang, J.A.Bardwell, S.Rolfe, E.M.Hsu, I.Sproule, S.Moisa, M.Beaulieu, J.B.Webb. Ammonia molecular beam epitaxy growth of p-type GaN and application to bipolar junction transistors. // J. Vac. Sci. Technol. B, 2005, 23, 1199-1203.

69. Hageman P.R., S.Haffouz, V.Kirilyuk, A.Grzegorczyk, P.K.Larsen. High Quality GaN Layers on Si (III) Substrates: A1N Buffer Layer Optimisation and Insertion of a SiN Intermediate Layer. // Phys. stat. sol. (a), 2001,188, 523-526.

70. HeldR., D.E.Crawford, A.M.Johnston, A.M.Dabiran, P.I.Cohen. N-limited versus Ga- limited growth on GaN (0001) by MBE using NH3. // Surf. Rev. Lett., 1998,5,913-934.fc'

71. Hellman E.S., D.N.E.Buchanan, C.H.Chen. Nucleation of A1N on the (7x7) Reconstructed Silicon (III) Surface. // MRS Internet J. Nitride Semicond. Res., 1998,3, 43.

72. Hirayama H. Quaternary InAlGaN-based high-efficiency ultraviolet light-emitting diodes. // J. Appl. Phys., 2005, 97, 091101.

73. Hirayama H., Y.Aoyagi, S.Tanaka. Fabrication of Self-Assembling AlGaN 'Щ Quantum Dot on AlGaN Surfaces Using Anti-Surfactant. // MRS Internet J.

74. Nitride Semicond. Res., 1999, 4S1, G9.4.

75. Hirayama H., Y.Enomoto, A.Kinoshita, A.Hirata, Y.Aoyagi. Efficient 230-280 nm emission from high-Al-content AlGaN-based multiquantum wells. // Appl. Phys. Lett., 2002, 80, 37-39.

76. Hooper S.E., M.Kauer, V.Bousquet, K.Johnson, J.M.Barnes, J.Heffeman. InGaN multiple quantum well laser diodes grown by molecular beam epitaxy. // Electron. Lett., 2004, 40, 33-34.

77. Huang D., P.Visconti, K.M.Jones, M.A.Reshchikov, F.Yun, A.A.Baski,

78. T.King, H.Morkoc. Dependence of GaN polarity on the parameters of the buffer layer grown by molecular beam epitaxy. // Appl. Phys. Lett., 2001, 78,4145-4147.

79. Hunt L.P. / In: 10th Int. Conf. on Chemical Vapor Deposition. Ed. G.W.Cullen. Princeton, NJ: Electrochem. Soc., 1987, p.l 12.

80. Hwang J.S., A.V.Kuznetsov, S.S.Lee, H.S.Kim, J.G.Choi, P.J.Chong. ^ Heteroepitaxy of gallium nitride on (0001), (TO 12) and (lOlO) sapphire surfaces. //

81. J. Cryst. Growth, 1994,142, 5-14.

82. Ishikawa H., K.Yamamoto, T.Egawa, T.Soga, T.Jimbo, M.Umeno. Thermal stability of GaN on Si (III) substrate. // J. Cryst. Growth, 1998,189-190, 178-182.

83. Ishizaka A., Y.Shiraki. Low Temperature Surface Cleaning of Silicon and Its Application to Silicon MBE. // J. Electrochem. Soc., 2004,151, 666-671.

84. Jain S.C., M. Willander, J. Narayan, R.Van Overstraeten. Ill-nitrides: Growth, characterization, and properties. // J. Appl. Phys., 2000, 87, 965-1006.

85. Jeon S.-R., Z.Ren, G.Cui, J.Su, M.Gherasimova, J.Han, H.-K.Cho, L.Zhou. Investigation of Mg doping in high-Al content p-type AlxGaixN (0.3<x<0.5). // Appl. Phys. Lett., 2005, 86, 082107.

86. Johnson K., V.Bousquet, S.E.Hooper, M.Kauer, C.Zellweger, J.Heffernan. High-power InGaN light emitting diodes grown by molecular beam epitaxy. // Electron. Lett., 2004, 40, 1299-1300.

87. Kamp M., M.Mayer, A.Pelzmann, K.J.Ebeling. Fundamentals, Material Properties and Device Performances in GaN MBE using On-Surface Cracking of Ammonia. // MRS Internet J. Nitride Semicond. Res., 1997, 2, 26.

88. KampM., M.Mayer, A.Pelzmann, K.J.Ebeling. Fundamentals, Material Properties and Device Performances in GaN MBE using On-Surface Cracking of Ammonia. // MRS Internet J. Nitride Semicond. Res., 1997, 2, 26.

89. Karpov S.Yu., Yu.N.Makarov, M.S.Ramm. The role of gaseous species in group-Ill nitride growth. // MRS Internet J. Nitride Semicond. Res., 1997, 2, 45.

90. Karpov S.Yu., Yu.V.Kovalchuk, V.E.Myachin, Yu.V.Pogorelskii. Instability of III-V compound surfaces due to liquid phase formation. // J. Cryst. Growth, 1993,129, 563-570.

91. Kawamura F., M.Morishita, T.Iwahashi, M.Yoshimura, Y.Mor, T.Sasaki. Synthesis of Bulk GaN Single Crystals Using Na-Ca Flux. // Jpn. J. Appl. Phys., 2002, 41, L1440-L1442.

92. KellerS., B.P.Keller, Y.-F.Wu, B.Heying, D.Kapolnek, J.S.Speck, U.K.Mishra, S.P.DenBaars. Influence of sapphire nitridation on properties of gallium nitride grown by metalorganic chemical vapor deposition. // Appl. Phys. Lett., 1996, 68, 1525-1527.

93. Kelly M.K., O.Ambacher, R.Dimitrov, R.Handschuh, M.Stutzmann. Optical Process for Liftoff of Group Ill-Nitride Films. // Phys. Status Solidi, 1997, 159, R3-R4.

94. KimK.S., K.Y.Lim, H.J.Lee. The effects of nitridation on properties of GaN grown on sapphire substrate by metal-organic chemical vapour deposition. // Semicond. Sci. Technol., 1999,14, 557-560.

95. Kim W., O.Aktas, A.E.Botchkarev, A.Salvador, S.N.Mohammad, H.Morkot?. Reactive molecular beam epitaxy of wurtzite GaN: Materials characteristics and growth kinetics. // J. Appl. Phys., 1996, 79, 7657-7666.

96. Kokubun Y., J.Nishio, M.Abe, T.Ehara, S.Nakagomi. Properties of GaN Epitaxial Layers Grown at High Growth Rates by Metalorganic Chemical Vapor Deposition. // J. Electron. Mater., 2001, 30, 23-27.

97. Kumakura K., T.Makimoto, N.Kobayashi. Enhanced Hole Generation in Mg-Doped AlGaN/GaN Superlattices Due to Piezoelectric Field. // Jpn. J. Appl. Phys., 2000, 39, 2428-2430.

98. Lakshmi E., B.Mathur, A.B.Bhattacharya, V.P.Bhargava. The growth of highly resistive gallium nitride films. // Thin Solid Films, 1980, 74, 77-82.

99. Lee Y.H., H.S.Kim, G.Y.Yeom, J.W.Lee, M.C.Yoo, T.I.Kim. Etch characteristics of GaN using inductively coupled Ch/Ar and CI2/BCI3 plasmas. // J. Vac. Sci. Technol., 1998, A, 12, 1478-1482.

100. Levinstein M.E., S.L.Rumyantsev, M.S.Shur (ed.). Properties of advanced semiconductor materials: GaN, A1N, InN, SiC, SiGe. NY/ChichesterAVeinheim/ Brisbane/Singapore/Toronto: John Wiley&Sons. Inc., 2001.

101. Li J., T.N.Oder, M.L.Nakarmi, J.Y.Lin, H.X.Jiang. Optical and electrical properties of Mg-doped p-type AlxGaNxN. // Appl. Phys. Lett., 2002, 80, 12101212.

102. Liu R., F.A.Ponce, A.Dadgar, A.Krost. Atomic arrangement at the AIN/Si (III) interface. // Appl. Phys. Lett., 2003, 83, 860-862.

103. Manasevit H.M., ErdmanF.M., Simpson W.I. // J. Electrochem. Soc., 1971, 118, 724-736.

104. Marlow G.S., M.B.Das. The effects of contact size and non-zero metal resistance on the determination of specific contact resistance. // Solid-State Electron., 1982,25, 91-94.

105. Maruyama Т., T.Morishita. Indium nitride thin films prepared by radio-frequency reactive sputtering. // J. Appl. Phys., 1994, 76, 5809-5812.

106. McCluskey M.D., N.M.Jonson, C.G.Van de Walle, D.P.Bour, M.Kneissl, W.Walukiewicz. Metastability of Oxygen Donors in AlGaN. // Phys. Rev. Lett., 1998,80, 4008-4011.

107. Mesrine M., N.Grandjean, J.Massies. Efficiency of NH3 as nitrogen source for GaN molecular beam epitaxy. // Appl.Phys.Lett., 1998, 72, 350-352.

108. Mogab C.J., H.J.Levinstein. Anisotropic plasma etching of polysilicon. // J. Vac. Sci. Technol., 1980,17, 721-730.

109. Morita M., S.Isogai, N.Shimizu, K.Tsubouchi, N.Mikoshiba. Aluminum Nitride Epitaxially Grown on Silicon: Orientation Relationships. // Jpn. J. Appl. Phys., 1981, 20, L173-L175.

110. Munir Z.A., A.W.Searcy. Activation energy for the Sublimation of Gallium Nitride. // J. Chem. Phys., 1965, 42, 4223-4228.

111. Nakada Y., I.Aksenov, H.Okumura. GaN heteroepitaxial growth on silicon nitride buffer layers formed on Si (III) surfaces by plasma-assisted molecular beam epitaxy. // Appl. Phys. Lett., 1998, 73, 827-829.

112. Nakamura S. Analysis of Real-Time Monitoring Using Interference Effects. // Jpn. J. Appl. Phys., 1991a, 30 1348-1353.

113. Nakamura S. GaN Growth Using GaN Buffer Layer. // Jpn. J. Appl. Phys., 1991b, 30, L1705-L1707.

114. Nakamura S. In Situ Monitoring of GaN Growth Using Interference Effects. // Jpn. J. Appl. Phys., 1991c, 30 1620-1627.

115. Nakamura S., G.Fasol. The Blue Laser Diode: GaN based light emitters and diodes. Berlin: Springer, 1997. 397 p.

116. Nakamura S., M.Senoh, N.Iwasa, S.Nagahama, T.Yamada, T.Mukail. Superbright Green InGaN Single-Quantum-Well-Structure Light-Emitting Diodes. //Jpn. J. Appl. Phys., 1993a, 34, L1332-L1335.

117. Nakamura S., M.Senoh, S.Nagahama, N.Iwasa, T.Yamada, T.Matsushita, H.Kiyoku, Y.Sugimoto. InGaN-Based Multi-Quantum-Well-Structure Laser Diodes. // Jpn. J. Appl. Phys., 1993b, 35, L74-L76.

118. Nakamura S., M.Senoh, T.Mukai. P-GaN/N-InGaN/N-GaN Double-Heterostructure Blue-Light-Emitting Diodes. // Jpn. J. Appl. Phys., 1993c, 32, L8-Lll.

119. Nakarmi M.L., K.H.Kim, K.Zhu, J.Y.Lin, H.X.Jiang. Transport properties of highly conductive n-type Al-rich AlxGajxN (x ^ 0.7). // Appl. Phys. Lett., 2004, 85,3769-3771.

120. Neumayer D.A., J.G.Ekerdt. Growth of Group III Nitrides. A Review of Precursors and Techniques. // Chem. Mater., 1996, 8, 9-25.

121. Pearton S. J. Wide bandgap semiconductors: growth, processing and applications. Noyes Publications, 2000.

122. Powell R.C., N.-E.Lee, J.E.Greene. Growth of GaN(0001) lx 1 on Al203(0001) by gas-source molecular beam epitaxy. // Appl. Phys. Lett., 2003, 60, 2505-2507.

123. Przhevalskii I.N., S.Yu.Karpov, Yu.N.Makarov. Thermodynamic properties of group-Ill nitrides and related species. // MRS Internet J. Nitride Semicond. Res., 1997, 3, 30.

124. PuychevrierN., M.Menoret. Synthesis of III-V semiconductor nitrides by reactive cathodic sputtering. // Thin Solid Films, 1976, 36, 141-145.

125. Reeves G.K. Specific Contact Resistance Using a Circular Transmission Line Model. // Solid-State Electron., 1980, 23, 487-490.

126. Reeves G.K., H.B.Harrison. Obtaining the Specific Contact Resistance from Transmission Lint Model Measurements. // Elect. Device Lett., 1982, EDL-2, 111-113.

127. Si-doped GaN. //Appl. Phys. Lett., 1997, 71, 921-923.

128. Schubert E.F., W.Grieshaber, I.D.Goepfert. Enhancement of deep acceptor activation in semiconductors by superlattice doping. // Appl. Phys. Lett., 1996, 69, 3737-3739.

129. Semond F., Y.Cordier, N.Grandjean, F.Natali, B.Damilano, S.Vezian, J.Massies. Molecular Beam Epitaxy of Group-Ill Nitrides on Silicon Substrates: Growth, Properties and Device Applications. // Phys. stat. sol. (a), 2001,188, 501-510.

130. Shaw D.W. Kinetic aspects in the vapour phase epitaxy of III-V compounds. //

131. J. Cryst. Growth, 1975, 31, 130-141.

132. Shenai K., R.S.Scott, B.J.Baliga. Optimum semiconductors for high power electronics. // IEEE Transactions on Electron Devices, 1989, 36, 1811-1823.

133. Shin Т. I., D.H.Yoon. Growth behavior of bulk GaN single crystals grown with various flux ratios using solvent-thermal method. // Crys. Res. Technol., 2005, 40, 827-831.

134. Shubina TV., V.N.Jmerik, M.G.Tkachman, V.A.Vekshin, V.V.Ratnikov,

135. A.A.Toropov, A.A.Sitnikova, S.V.Ivanov, J.P.Bergman, F.Karlsson, P.Holtz,

136. B.Monemar. Nanometric-Scale Fluctuations of Intrinsic Electric Fields in GaN/AlGaN Quantum Wells with Inversion Domains. // Phys. stat. sol. (b), 2002, 234, 919-923.

137. Smith A.R., R.M.Feenstra, D.W.Greve, M.-S.Shin, M.Skowronski, J.Neugebauer, J.E.Northrup. Determination of wurtzite GaN lattice polarity based on surface reconstruction. // Appl. Phys. Lett., 1998, 72, 2114-2116.

138. Smorchkova I.P., E.Haus, B.Heying, P.Kozodoy, P.Fini, J.P.Ibbetson, S.Keller, S.P.DenBaars, J.S.Speck, U.K.Mishra. Mg doping of GaN layers grown by plasma-assisted molecular-beam epitaxy. // Appl. Phys. Lett., 2000, 76, 718-720.

139. Spring-Thorpe A.J., T.P.Humphreys, A.Majeed, W.T.Moore. In situ growth rate measurements during molecular beam epitaxy using an optical pyrometer. // Appl. Phys. Lett., 2002, 55, 2138-2140.

140. Stampfl C., C.G. Van de Walle. Doping of Al^Ga^N. // Appl. Phys. Lett, 1998,72,459-461.

141. Streetman B. G. Solid State Electronic Devices. 3rd Edition. Prentice Hall: 1990.

142. Stutzmann M., O.Ambacher, M.Eickhoff, U.Karrer, A.L.Pimenta, R.Neuberger, J.Schalwig, R.Dimitrov, P.J.Schuck, R.D.Grober. Playing with Polarity. // Phys. stat. sol. (b), 2001, 228, 505-512.

143. Sun W.H., V.Adivarahan, M.Shatalov, Y.Lee, S.Wu, J.W.Yang, J.P.Zhang, M.Asif Khan. Continuous Wave Milliwatt Power AlGaN Light Emitting Diodes at 280 nm. //Jpn. J. Appl. Phys., 2004, 43, L1419-L1421.

144. SuperLatticeLightEmittingDiod simulator. Richmond: Semiconductor Technology Research. Inc., 2003.

145. Sze S.M. Physics of Semiconductor Device. New York: Wiley Interscience Publication, 1981. 868 p.

146. Tanaka S., S.Iwai, Y.Aoyagi. Self-assembling GaN quantum dots on AlxGaixN surfaces using a surfactant. // Appl. Phys. Lett., 1996, 69, 4096-4098.

147. Tanaka Т., A.Watanabe, H.Amano, Y.Kobayashi, I.Akasaki, S.Yamazaki, M.Koike, p-type conduction in Mg-doped GaN and Al0.08Ga0.92N grown by metalorganic vapor phase epitaxy. //Appl Phys. Lett., 1994, 65, 593-595.

148. Taniyasu Y., M.Kasu, N.Kobayashi. Intentional control of n-type conduction for Si-doped A1N and AlxGaUxN (0.42<x<l). // Appl. Phys. Lett., 2002, 81, 12551257.

149. Taniyasu Y., M.Kasu, N.Kobayashi. Electrical conduction properties of n-type Si-doped A1N with high electron mobility (>100 cn^V's"1). // Appl. Phys. Lett., 2004, 85, 4672-4674.

150. Telieps W., E.Bauer. The (7><7)<->(lxl) phase transition on Si (III). // Surf. Sci., 1992,162, 163-168.

151. Torvik J.T. Dopants in GaN. / In: Ill-Nitride Semiconductors: Electrical, Structural and Defects Properties. Editor O.Manasreh. Elseiver, 2000, p. 17.

152. Vartuli C.B., J.D.MacKenzie, J.W.Lee, C.R.Abernathy, S.J.Pearton, RJ.Shul. Cl2/Ar and CH4/H2/Ar dry etching of III-V nitrides. // J. Appl. Phys., 1996, 80, 3705-3709.

153. Vezian S., F.Semond, J.Massies, D.W.Bullock, Z.Ding, P.M.Thibado. Origins of GaN (0001) surface reconstructions. // Surf. Sci., 2003, 541, 242-251.

154. Wagener M.C., G.R.James, F.Omnes. Intrinsic compensation of silicon-doped AIGaN. // Appl. Phys. Lett., 2003, 83, 4193-4195.

155. Waldron E.L., J.W.Graff, E.F.Schubert. Improved mobilities and resistivities in modulation-doped p-type AlGaN/GaN superlattices. // Appl. Phys. Lett., 2001, 79, 2737-2739.

156. Walle C.G.van de, C.Stampfl, J.Neugebauer. Theory of doping and defects in III-V nitrides. // J. Cryst. Growth, 1998,189, 505-510.

157. Watanabe A., T.Takeuchi, K.Hirosawa, H.Amano, K.Hiramatsu, I.Akasaki. The growth of single crystalline GaN on a Si substrate using AIN as an intermediate layer. // J. Cryst. Growth, 1993, 28, 391-396.

158. Widmann F., B.Daudin, G.Feuillet, Y.Samson, J.L.Rouvie're, N.Pelekanos. Growth kinetics and optical properties of self-organized GaN quantum dots. // J. Appl. Phys., 1998, 83, 7618-7624.

159. Wu C.-L., J.-L.Hsieh, H.-D.Hsueh, S.Gwo. Thermal nitridation of the Si (III)-(7x7) surface studied by scanning tunneling microscopy and spectroscopy. // Phys. Rev. B, 2002, 65, 045309.

160. Wu Y.F., D.Kapolnek, J.P.Ibbetson, P.Parikh, B.P.Keller, U.K.Mishra. Very-high power density AlGaN/GaN HEMTs. // IEEE Trans. Electron. Dev., 2001, 48, 586-590.

161. YasanA., R.McClintock, K.Mayes, S.R.Darvish, P.Kung, M.Razeghi, R.J.Molnar. 280 nm UV LEDs grown on HVPE GaN substrates. // OptoElectronics Review, 2002,10, 287-289.

162. Yasutake K., A.Takeychi, H.Kakiuchi, K.Yoshii. Molecular beam epitaxial growth of A1N single crystalline films on Si (III) using radio-frequency plasma assisted nitrogen radical source. // J. Vac. Sci. Technol., 1998,16A, 2140- 2147.

163. Zeisel R., M.W.Bayerl, S.T.B.Goennenwein, R.Dimitrov, O.Ambacher, M.S.Brand, M.Stutzmann. DX-behavior of Si in A1N. // Phys. Rev. B, 2000, 61, R16283-R16286.

164. Zembutsu S., M.Kobayashi. The growth of c-axis-oriented GaN films by D.C.-biased reactive sputtering. // Thin Solid Films, 1985,129, 289-297.

165. Zotov A.V., E.A.Khramtsova, S.V.Ryzhkov, A.A.Saranin, A.B.Chub, V.G.Lifshits. LEED-AES reexamination of the Ai/Si(III) T-phase. // Surf. Sci., 1994, 316, L1034-L1038.

166. ZhuK., V.Kuryatkov, B.Borisov, J.Yun, G.Kipshidze, S.A.Nikishin, H.Temkin, D.Aurongzeb, M.Holtz. Evolution of Surface Roughness of A1N and GaN Induced by Inductively Coupled Cl2/Ar Plasma Etching. // J. Appl. Phys., 2004, 95, 4635-4641.

167. Zukauskas A., M.S.Shue, R.Gaska. Introduction to Solid-State Lighting. N.-Y.: Wiley, 2002. 207 p.