Электрофизические свойства кремния ограничивают его применение для оптоэлектронных элементов и приборов СВЧ-техники. В этой области материалы с большей шириной запрещенной зоны, в частности GaN, AlN, InN и твердые растворы на их основе, значительно превосходят кремний. В результате появляется возможность изготовления устройств с высокой эффективностью, например светодиодов и фотоприемников, которые могут работать в широкой области спектра излучения. Кроме того, материалы на основе GaN успешно используются для создания мощных СВЧ-приборов, таких как транзисторы с высокой подвижностью электронов (HEMT), работающие при высоких температурах. Рассмотрены технологические особенности формирования активных слоев в гетероструктурах AlGaN/GaN/InGaN/GaN с использованием металлоорганических соединений. В качестве исходных веществ применялись особо чистый аммиак NH и металлоорганические соединения галлия, алюминия и индия в триметильной форме. Исследована температурная зависимость скорости роста эпитаксиальных слоев GaN. Показано, что данная зависимость незначительная в широком интервале температур. Подтверждено важное значение адсорбционных процессов на поверхности роста. Для моделирования процесса и определения условий формирования состава твердых растворов на основе GaN проведен термодинамический анализ закономерностей при реализации изучаемого процесса. Установлено, что при формировании твердых растворов Ga In N в области высоких температур не удается получить содержание InN больше 0,4 мольных долей, при снижении температуры роста до 600 °С заметно улучшаются условия вхождения In в твердый раствор и концентрация InN увеличивается до 0,9 мольных долей. Выяснено, что при выращивании твердых растворов GaAlN в широком диапазоне температур можно получать твердые растворы с содержанием AlN от 0,1 до 0,9 мольных долей. Экспериментальные исследования подтвердили расчеты. Поэтому при выращивании слоев квантовых ям Ga In N в активной области гетероструктур для промышленных чипов синих светодиодов с содержанием индия х = 0,1...0,15 необходимо снижать температуру роста. Однако при низких температурах возникают трудности с ростом эпитаксиальных слоев высокого кристаллического качества.
Литература
1. Юнович А.Э. Светодиоды на основе гетероструктур из нитрида галлия и его твер-дых растворов // Светотехника. – 1996. – Вып. 5, 6. – С. 28–33.
2. Шуберт Ф.Е. Светодиоды. – М.: Физматлит, 2008. – 496 с.
3. Куэй Р. Электроника на основе нитрида галлия: пер. с англ. под ред. д. ф.-м. н. А.Г. Васильева. – М.: Техносфера. 2011. – 578 с.
4. Туркин А. Н. Нитрид галлия как один из перспективных материалов в современной оптоэлектронике // Компоненты и технологии. – 2011. – № 5. – С. 6–10.
5. Белкин М.Е., Кудж С.А., Сигов А.С. Новые принципы построения радиоэлектрон-ной аппаратуры СВЧ-диапазона с использованием радиофотонной технологии // Россий-ский технологический журнал. – 2016. – № 1 (10). – С. 4–20.
6. Крапухин Д.В., Мальцев П.П. Монолитная интегральная схема малошумящего усилителя на нитриде галлия для диапазона 57–64 ГГц // Российский технологический журнал. – 2016. – Т. 4. – № 4 (13). – С. 42–53.
7. Vigdorovich E.N., Sveshnikov Yu.N. Termodinamic stability of the GaN-InN-AlN system // Inirganic Materials. – 2000. – Vol. 36. – No. 5. – P. 465–467.
8. Леонович Б.И., Трофимов Е.А., Жеребцов Д.А. Термодинамический анализ систе-мы галлий – азот // Вестник ЮУрГУ. Сер. Химия. – 2013. – Т. 5. – № 4. – С. 43–50.
9. Материалы Всероссийских совещаний и конференций «Нитриды галлия, индия и алюминия: структуры и приборы» за 1997–2017 гг. URL: http: nitridesconf.ioffe.ru/history.htm (дата обращения: 13.03.2017).
10. Стрельченко С.С., Лебедев В.В. Соединения AIIIBV: справочник. – М.: Металлургия, 1984. –144 с.
11. Thermodynamic properties of inorganic materials compiled by SGTE. P. 1–4: Elements and compounds. – Springer: Scientific Group Thermodata Europe, 1999–2000.