Плазменно-активированная молекулярно-пучковая эпитаксия Al-обогащенных слоев AlGaN:Si и монослойных сверхрешеток (цифровых твердых растворов) (GaN/AlN):Si
Российский научный фонд (РНФ), Технология получения ненапряженных гетероструктур на основе AlGaN с пониженной плотностью дислокаций, выращенных на рассогласованных подложках сапфира и кремния, методом плазменно-активированной молекулярно-пучковой эпитаксии (ПА-МПЭ), № 25-22-00898
Семенов А.Н.1, Нечаев Д.В.1, Трошков С.И.1, Алексеев П.А.1, Шмидт Н.М.1, Калиновский В.С.1, Жмерик В.Н.1
1ФТИ им. А.Ф. Иоффе, ул. Политехническая, 26, 194021, Санкт-Петербург
Email: semenov@beam.ioffe.ru
Поступила в редакцию: 2 февраля 2026 г.
В окончательной редакции: 15 мая 2026 г.
Принята к печати: 15 мая 2026 г.
Выставление онлайн: 30 июня 2026 г.
Описаны особенности роста методом плазменно-активированной молекулярно-пучковой эпитаксии n-легированных ультракороткопериодных монослойных сверхрешеток GaN/AlN:Si - цифровых твердых растворов с высоким средним содержанием AlN (x) до 85 %, которые могут заменить обычные AlxGa1-xN:Si-слои с аналогичным x. Показано, что оригинальная технология импульсной плазменно-активированной молекулярно-пучковой эпитаксии в металл-обогащенных условиях позволяет выращивать цифровые твердые растворы GaNm/AlNn c толщинами слоев в монослоях (1 МС = 0.25 нм) 0.5<m<2 MС, 2<n<6 MС и общей толщиной ~500 нм. Цифровые твердые растворы демонстрируют планарную атомно-гладкую морфологию поверхности со среднеквадратичной шероховатостью <0.39 нм на всех площадях сканирования до (10x10) мкм2. В отличие от этого слои AlGaN обнаруживают зернистую морфологию поверхности со средним диаметром зерен ~300 нм, что приводит к повышению среднеквадратичной шероховатости поверхности >2 нм на площадях сканирования ≥(3x3) мкм2. Это различие связывается с различными механизмами роста цифровых твердых растворов и слоев: если рост первых протекает в соответствии с двумерным нуклеационным механизмом, то рост вторых происходит по спиральному механизму роста. Рентгенодифракционные измерения обнаружили субмонослойную (~ 0.3 монослоя) точность контроля толщин GaN- и AlN-слоев в цифровых твердых растворах, что обеспечило задание x c точностью 3-7 %. Сравнительные исследования n-легирования кремнием цифровых твердых растворов GaN/AlN продемонстрировали максимальную концентрацию электронов до ~1019 см-3 для цифровых твердых растворов с x=0.7 и возможность получения проводящих слоев цифровых твердых растворов вплоть до x=0.85, в то время как в слоях AlxGa1-xN:Si c тем же x концентрации электронов были на порядок ниже и при x>0.8 наблюдался полуизолирующий характер проводимости. Эти результаты свидетельствуют о возможности применения n-легированных цифровых твердых растворов (GaN/AlN):Si c высоким x (до 85 %) в приборных гетероструктурах. Ключевые слова: молекулярно-пучковая эпитаксия с плазменной активацией азота, цифровые твердые растворы, широкозонные полупроводники, монослойные сверхрешетки, морфология поверхности, легирование, AlGaN.
- H. Amano, R. Collazo, C.D. Santi, S. Einfeldt, M. Funato. J. Phys. D: Appl. Phys., 53, 503001 (2020). DOI: 10.1088/1361-6463/aba64c
- V. Adivarahan, J. Zhang, A. Chitnis, W. Shuai, J. Sun, R. Pachipulusu, M. Shatalov, M.A. Khan. Jpn. J. Appl. Phys., 41, L 435 (2002). DOI 10.1143/JJAP.41.L 435
- Y.-H. Liang, E. Towe. Appl. Phys. Rev., 5, 011107 (2018). DOI: 10.1063/1.5009349
- J. Wang, F. Xu, L. Zhang, J. Lang, X. Fang, Z. Zhang, X. Guo, C. Ji, C. Ji, F. Tan, X. Yang, X. Kang, Z. Qin, N. Tang, X. Wang, W. Ge, B. Shen. J. Semiconductors, 45, 021501 (2024). DOI: 10.1088/1674-4926/45/2/021501
- M. Asif Khan, J.N. Kuznia, D.T. Olson, T. George, W.T. Pike. Appl. Phys. Lett., 63, 3470 (1993). DOI: 10.1063/1.110123
- G. Kipshidze, V. Kuryatkov, B. Borisov, M. Holtz, S. Nikishin, H. Temkin. Appl. Phys. Lett., 80, 3682 (2002). DOI: 10.1063/1.1480886
- S.A. Nikishin. Appl. Sci., 8, 2362 (2018). DOI: 10.3390/app8122362
- S. Li, X. Liang, P. Shao, S. Chen, Z. Li, X. Su, T. Tao, Z. Xie, M.A. Khan, L. Wang, T.T. Lin, H. Hirayama, B. Liu, D. Chen, K. Wang, R. Zhang. Appl. Phys. Lett., 125, 112102 (2024). DOI: 10.1063/5.0215886
- D.V. Nechaev, O.A. Koshelev, V.V. Ratnikov, P.N. Brunkov, A.V. Myasoedov, A.A. Sitnikova, S.V. Ivanov, V.N. Jmerik. Superlat. Microstr., 138, 106368 (2020). DOI: 10.1063/5.0215886
- V.N. Jmerik, D.V. Nechaev, S.V. Ivanov. Molecular Beam Epitaxy: from Research to Mass Production. 2nd edn, ed. by М. Henini (Amsterdam--Netherlands--Oxford, UK, Cambridge, USA, Elsevier Inc., 2018) p. 135. ISBN: 9780128121368. DOI: 10.1016/B978-0-12-812136-8.00008-6
- W.A. Harrison. Electronic Structure and the Properties of Solids (Dover, N. Y., 1989) p. 176
- J.E. Northrup, J. Neugebauer, R.M. Feenstra, A.R. Smith. Phys. Rev. B, 61, 9932 (2000). DOI: 10.1103/PhysRevB.61.9932
- V. Jindal, F. Shahedipour-Sandvik. J. Appl. Phys., 105, 084902 (2009). DOI: 10.1063/1.3106164
- M. Gao, S.T. Bradley, Y. Cao, D. Jena, Y. Lin, S.A. Ringel, J. Hwang, W.J. Schaff, L.J. Brillson. J. Appl. Phys., 100, 103512 (2006). DOI: 10.1063/1.2382622
- W.K. Burton, N. Cabrera, F.C. Frank. Phil. Trans. R. Soc. London, Ser. A, 243, 299 (1951). DOI: 10.1098/rsta.1951.0006
- B. Heying, E.J. Tarsa, C.R. Elsass, P. Fini, S.P. DenBaars, J.S. Speck. J. Appl. Phys., 85, 6470 (1999). DOI: 10.1063/1.370150
- Y. Cui, L. Li. Phys. Rev. B, 66, 155330 (2002). DOI: 10.1103/PhysRevB.66.155330
- C. Ratsch, M.D. Nelson, A. Zangwill. Phys. Rev. B, 50, 14489 (1994). DOI: 10.1103/PhysRevB.50.14489
- V. Jmerik, D. Nechaev, K. Orekhova, N. Prasolov, V. Kozlovsky, D. Sviridov, M. Zverev, N. Gamov, L. Grieger, Y. Wang, T. Wang, X. Wang, S. Ivanov. Nanomaterials, 11, 2553 (2021). DOI: 10.3390/nano11102553
Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.
Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.
© 2026 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук