Катодолюминесценция твердых растворов на основе (SiC)1-x(AlN)x
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
µйках, подобных изображенным на рис.6, изготовленных из высокоплотного графита или из карбида циркония.
Рис. 6 - Тигель для выращивания ЭС (SiC)1-x (AlN)x: 1- подложка SiC, 2- шайба с отверстием, 3- источник паров, 4- толстостенный стакан
В качестве нагревательного элемента в печи использовалась цилиндрическая труба из плотного графита марки ОСЧ. Для концентрации тепла и создания определенного градиента температуры вокруг нагревателя располагалась многослойная система экранирования из графитовой ткани и войлока. Тигель находился внутри плотно закрытого графитового контейнера, устанавливаемого внутри нагревателя. В качестве материала для тигля был выбран плотный графит марки ОСЧ, однако лучшие результаты, в плане структурного совершенства получаемых слоев, были достигнуты при использовании тиглей из карбида циркония. Выбор этого материала обусловлен тем, что изучение влияния условий роста на границу подложка-пленка показало негативную роль процесса пассивации поверхности подложки свободным углеродом, выделяющимся на стадии предварительного обезгаживания с нагревом. Избежать загрязнения поверхности подложки свободным углеродом при использовании масляных насосов и графитовых тиглей достаточно сложно. Эту проблему частично можно решить удаляя из зоны роста графита, используя тигли из карбида титана и циркония. К тому же содержание в SIC небольшого количества изовалентных примесей циркония или титана (до 6% моль) значительно снижает плотность дислокаций [7].
Выращивание эпитакcиальных слоев твердых растворов (SiC)1-x(AlN)x проводилось в диапазоне температур 2300-2550 К при давлении смеси газов азота и аргона от 2*104 до 8*104 Па. В качестве подложек использовались монокристаллические полированные пластины карбида кремния самого распространенного политипа 6Н, выращенные методом Лели. Все подложки были n-типа проводимости с Nd-Na=(6*10173*1018 см -3).
Для снятия нарушенных слоев, образующих при полировке и подготовки к эпитаксии, подложки SiC подвергались химическому травлению в расплаве КОН при температуре 750К в течении 20 минут при периодическом перемешивании. Это позволяло добиваться полного стравливания нарушенных слоев и получения почти зеркальных поверхностей. После травления подложки многократно промывались в дистиллированной воде для удаления следов щелочи. Непосредственно перед использованием подложки промывались в этиловом спирте и просушивались. Травление подложек в расплаве КОН имело также цель идентифицировать полярные грани (0001) Si и (0001) С посредством выявления характерных Si грани шестиугольных ямок, наблюдаемых под микроскопом.
Проведенные авторами [8] исследования показали, что воспроизводимость политипа подложки существенно различна при росте эпитаксиальных слоев в полярных направлениях (0001). Причем вероятность трансформации политипа на грани (0001) С значительно выше, чем (0001)Si независимо от условий кристаллизации. Качественно они объяснили это различие отличием связей, типа С-С, для которых более характерна плоская координатная сетка (за счет SP2 гибридных связей ) от Si-Si связей, имеющих большую объемную направленность. Отсюда, влияние матрицы с поверхности (0001) Si на растущий слой оказывается более значительным, чем на (0001) С- грани.
Поскольку, перед нами стояла задача получения образцов с высоким качеством без образования сростков различных политипных структур в переходных слоях, более благоприятно выращивание ЭС на грани (0001) C. На этой грани ЭС (SiC)1-x(AlN)x, исходя из вышесказанного, значительно легко трансформируются в наиболее редкий и практически ценный политип -2Н.
Выращивание твердых растворов (SiC)1-x(AlN)x возможно несколькими способами [9]:
. Раздельным испарением порошков SiC и AlN.
. Совместным испарением смеси порошков SiC и AlN.
. Использованием в качестве источника для выращивания твердых растворов (SiC)1-x(AlN)x специально изготовленных поликристаллических спеков SiC-AlN.
Проведенные в [9] исследования показали, что при использовании первых двух способов не удается получить однозначного соответствия между составом источника и составом выращиваемых эпитаксиальных слоев. Неоднозначность соответствия этих параметров объяснимо, если учесть различие в температурах диссоциации порошков SiC и AlN, а также различие скоростей испарения. Все это приводило к невозможности получения структурно более-менее совершенных эпитаксиальных слоев (SiC)1-x(AlN)x.
Для управляемости процессом выращивания ЭС с заданным составом, нами в качестве источников использовались спеченные и горячепрессованные поликристаллические образцы твердых растворов SiC-AlN в виде таблеток.
Как известно, основной причиной образования сильнодефектных переходных областей на границе пленка-подложка является пассивизация поверхности подложки графитом, поскольку диссоциативное разложение SiC становится заметным уже при 800С [10], а при 1400С образование на поверхности SiC монослоя углерода только вследствие незамкнутости ячейки роста происходит за время порядка 1 минуты. Поэтому, даже при качественной подготовке поверхности подложек проблему переходной области ЭС не удается решить. Существенный прогресс достигается лишь тогда, когда травление проводится непосредственно перед осаждением ЭС. Такое травление нами реализовалось следующим образом: в тигель с источником-таблеткой из поликристаллического SiC-AlN, вводилось небольшое количество элементарного кремния.Предварительно контейнер с тиглем опускался в ту зону печи, где градиент температуры отрицат?/p>