Автореферат (Дислокационная люминесценция в нитриде галлия), страница 2

Достоверность интерпретации полученных результатов ипредложенной модели определяется привлечением ранее хорошо обоснованныхтеоретических положений.Научная и практическая значимость1) Полученные новые данные расширяют фундаментальные представленияоб оптических свойствах дислокаций в полупроводниках и в GaN, в частности, вкотором ранее дислокации считались преимущественно безызлучательными центрами рекомбинации неравновесных носителей.2) Высокая по сравнению с зонно-зонным переходом интенсивность дислокационной люминесценции при комнатной и более высоких температурах, атакже устойчивость дислокационной структуры к высокотемпературному отжигудаёт основание рассматривать это явление как перспективное для его использования при создания светоизлучающих приборов повышенной светоотдачи.Апробация работыОсновные положения данной диссертационной работы докладывались нароссийских и международных конференциях:1) 12-ая Международная конференция «Лучевые методы исследования микроструктур и в полупроводниках» (BIAMS 12) (Цукуба, Япония, 2014)2) 10-ая Всероссийская конференция «Нитриды галлия, индия и алюминия:структуры и приборы» (Санкт-Петербург, Россия, 2015)3) 28-ая Международная конференция по дефектам в полупроводниках(ICDS-28) (Хельсинки, Финляндия, 2015);4) 17-ая Всероссийская молодёжная конференция по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике (Санкт-Петербург, Россия, 2015)5) 5-ая Международная конференция «Современные тенденции научных исследований нанообъектов искусственного и природного происхождения»(STRANN 5) (Санкт-Петербург, Россия, 2016)6) 13-ая Международная конференция «Лучевые методы исследования микроструктур и в полупроводниках» (BIAMS 13) (Версаль, Франция, 2016)7) 18-ая Международная конференция по протяжённым дефектам в полупроводниках (EDS-2016) (Лес Иссамбрес, Франция, 2016)78) 11-ая Всероссийская конференция «Нитриды галлия, индия и алюминия:структуры и приборы» (Москва, Россия, 2017)9) 17-ая Международная Конференция: «Геттерирование и инженерия дефектов в полупроводниковой технологии» (GADEST 2017) (Лопота, Грузия, 2017)Основные работы, включённые в диссертацию1) О.

С. Медведев, О. Ф. Вывенко, А. С. Бондаренко, “Люминесценция свежевведенных а-винтовых дислокаций в низкоомном GaN,” ФТП, 49, 9, 2015.2) O. S. Medvedev, O. F. Vyvenko, and A. S. Bondarenko, “Luminescence of ascrew dislocations in low-ohmic GaN,” J. Phys. Conf. Ser., vol. 690, p. 12008, 2016.3) O. S. Medvedev, O. F. Vyvenko, A. S.

Bondarenko, V. Y. Mikhailovskii, E. V.Ubyivovk, P. Peretzki, and M. Seibt, “Recombination-related properties of a-screw dislocations in GaN: A combined CL, EBIC, TEM study,” AIP Conf. Proc., vol. 1748, p.20011, 2016.4) O. Medvedev, O. Vyvenko, and A. Bondarenko, “Thermal stability of DRL inn-GaN,” Phys. Status Solidi C, vol. 1700111, pp. 1–4, 2017.5) O.

Medvedev and O. Vyvenko, “Intersection Nodes of Basal Screw Dislocations as Luminous Quantum Dots in GaN,” Phys. status solidi - Rapid Res. Lett., vol.1700297, p. 1700297, 2017.Личный вклад автораЛично автором осуществлялась подготовка образцов для исследований, проведены катодолюминесцентные измерения спектров дислокационной люминесценции в GaN при различных температурах, механических напряжениях, токахэлектронного луча в образцах с разным уровнем концентрации основных носителей тока, выращенных различными методами, а также обработка всех полученныхданных и написание научных статей.Структура и объём диссертацииДиссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка сокращений,благодарностей и списка литературы. Объём работы составляет 131 страницы, втом числе 76 рисунков и 9 таблиц.

Список литературы включает 205 наименований.Содержание работыВо введении обоснована актуальность темы диссертации, определена цельработы и сформулированы задачи, а также представлены научная новизна и практическая значимость полученных в работе результатов, сформулированы научныеположения, выносимые на защиту.Глава 1 посвящена обзору строения бинарных тетраэдрически координированных полупроводников и общих свойств дислокаций в подобных материалах. Вглаве подробно рассмотрены типы дислокаций, их атомная структура и системыскольжения в гексагональных кристаллах, к которым относится нитрид галлия.8Далее приводится литературный обзор электронных и рекомбинационныхсвойств дислокаций, освещены основные модели излучательной и безызлучательной рекомбинации неравновесных носителей тока через дислокационные уровни.В данном разделе особое внимание уделено дислокационной люминесценции вразличных полупроводниковых материалах.

Последняя часть главы непосредственно посвящена анализу литературных данных энергетической структуры GaNи влияния на неё различных структурных дефектов. Наиболее распространёнными дефектами в гетеропитаксиальных слоях GaN являются прорастающие дислокации и дефекты упаковки. В главе подробно рассматриваются их электрические и оптические свойства. Далее описываются свойства свежевведённых дислокаций в GaN, их излучательная и безызлучательная активности. В конце первойглавы, исходя из проведённого литературного обзора, формируется цель работы,состоящая в установлении природы и механизма происхождения дислокационнойлюминесценции свежевведённых а-винтовых дислокаций в GaN.В главе 2 приведено описание используемых методик для исследования образцов, описание самих образцов и особенности их пробоподготовки. Вначалеописаны основы люминесцентной спектроскопии, механизмы рекомбинации носителей тока и их особенности.

Далее приводится принципиальная схема сканирующего электронного микроскопа, а также область генерации сигналов, формируемых при облучении первичным пучком электронов. В данной работе для исследования свежевведённых дислокаций широко использовался метод катодолюминесценции, позволяющий получить высокое пространственное и спектральноеразрешение. С целью оценки возможностей и ограничений данного метода во второй главе рассматриваются особенности формирования катодолюминесцентного(КЛ) излучения, размер области генерации КЛ сигнала в GaN и приводится оценканеравновесной концентрации дырок при используемых в экспериментах значениях тока электронного луча и ускоряющего напряжения. Затем следует описаниеэкспериментальной установки Carl Zeiss Supra 40VP и приводится схема регистрации КЛ излучения, используемая в данном микроскопе.

В конце главы описываются исследуемые образцы и методы локальной пластической деформации кристаллов нитрида галлия, используемые для введения дислокаций.В главе 3 приведены сводные результаты исследования дислокационнойструктуры пластически деформированных монокристаллов GaN. В начале главыподробно рассмотрены типы дислокаций при индентировании базисной (0001) ипризматической (01-10) плоскостей и царапании базисной плоскости. Для примера, на рис.1 (А) приведена КЛ панхроматическая карта вблизи укола (в верхнемлевом углу приведён снимок укола во вторичных электронах, отражающих морфологию поверхности). На КЛ карте отчётливо наблюдаются прямолинейные яркие контрасты, отходящие от места индентирования, которые являются ничем9иным как винтовыми дислокациями в направлениях {11-20}, которые далее будутобозначаться как а-винтовые дислокации.

Спектр люминесценции а-винтовыхдислокаций при температуре 300 и 70 К представлен на рис. 1 (Б) сплошной линией. Линии излучения с энергией 3.15-3.18 эВ связаны непосредственно с дислокациями и обозначены как DRL (Dislocation Related Luminescence). Cпектр кристалла GaN вдали от места укола представлен на рис.1 (Б) пунктирной линией.Также в данной главе подробно исследуется дислокационная структура при вариации нагрузки индентора, ускоряющего напряжения и направления царапания.Далее суммируются экспериментальные данные, и описывается полная схема распространения дислокаций при локальной деформации.

Выделяется два наборадислокаций «базисные» и «призматические». Дислокации «базисного» наборапредставлены излучательными прямолинейными а-винтовыми участками, оканчивающиеся безызлучательными криволинейными сегментами. Длина призматических дислокационных петель обычно в 3-6 раз меньше базисных. а-винтовыеучастки призматических дислокационных петель также, как и в случае базисногоскольжения, имеют светлый контраст и выходят на поверхность дислокационными сегментами с краевой компонентой, имеющие тёмный контраст.(А)(Б)Рис.1 (А) Панхроматическая КЛ карта укола индентора на ростовой поверхности (0001) GaN (снимок во вторичных э). (Б) Сплошные линии – спектрыа-винтовых дислокаций, пунктирные линии – спектры GaN вдали от уколапри температуре 70 и 300 К. Vb = 10 кВ, Ib = 500 пАВ следующем разделе приводятся экспериментальные данные об атомномстроении а-винтовых дислокаций, полученные методами просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ).

Было обнаружено, что а-винтовые дислокации являются расщеплёнными, а ширина образованного дефекта упаковки составляет5 нм (рис. 2). Также в работе показано, что в местах пересечений а-винтовых дислокаций возможно образование растянутых узлов с характерным расстоянием от10центра до ограничивающих его частичных дислокаций примерно равным 15 нм(рис.2).Далее в работе представлен рядэкспериментов, посвящённых изучениювлияния термических отжигов на дислокационную структуру и люминесценцию свежевведённых дислокаций.

Вданном разделе показано, что дислокационное излучение наблюдается непосредственно при нагреве образца до420 К, значительные изменения дислокационной структуры начинаются притемпературах отжига больших 600 К, аполное исчезновение дислокаций и дисРис.2 Тёмнопольное ПЭМ изобралокационного излучения происходитжение растянутого узла в GaN.Расщепление а-винтовой дислокапри отжигах порядка 1000 К. Наблюдаеции 5-6 нм.

Характерный размермая термическая стабильность дислокарастянутого узла – 15 нм.ционной структуры связывается непосредственно с атомным строением а-винтовых дислокаций. В конце третьей главыпредставлен результат, демонстрирующий движение дислокаций при облученииэлектронным лучом, которое наблюдалось как при 300 К, так и при температурежидкого азота.В главе 4 в большей степени представлены спектральные особенности люминесценции свежевведённых а-винтовых дислокаций (линии DRL).