Диссертация (1149385)
Текст из файла
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»На правах рукописиМедведев Олег СергеевичДИСЛОКАЦИОННАЯ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ В НИТРИДЕ ГАЛЛИЯспециальность01.04.10. – физика полупроводниковДИССЕРТАЦИЯна соискание учёной степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:доктор физ.-мат. наук,проф. Вывенко О.Ф.Санкт-Петербург20182ОглавлениеВведение ..................................................................................................................................................
5Глава 1. Дефекты кристаллической решётки и их свойства ............................................................ 101.1. Кристаллография полупроводников с тетраэдрической координацией ............................. 101.1.1. Структура алмаза и сфалерита......................................................................................... 101.1.2. Структура вюрцита ...........................................................................................................
111.1.3. Плотнейшая упаковка. Дефекты упаковки ..................................................................... 121.2. Дислокации в кристаллах с тетраэдрической координацией ............................................... 131.2.1. Cистемы скольжения и полные дислокации в вюрците................................................ 151.2.2. Расщеплённые дислокации. ............................................................................................. 191.2.3. Атомная структура ядер дислокаций .............................................................................. 211.3. Электронные и рекомбинационные свойства дислокаций в полупроводниках .................
231.3.1. Электрические свойства и электронные уровни дислокаций....................................... 241.3.2. Рекомбинация на дислокациях ........................................................................................ 281.3.2.1. Безызлучательная рекомбинация............................................................................... 281.3.2.2. Излучательная рекомбинация ....................................................................................
291.3.2.3. Люминесценция дефектов в бинарных полупроводниках ...................................... 311.3.2.4. Рекомбинационно усиленное скольжение дислокаций (REDG) ............................ 331.4. Краткий обзор данных по свойствам нитрида галлия .......................................................... 351.4.1. Кристаллическая и энергетическая структура нитрида галлия .................................... 351.4.2.
Дефекты кристаллической структуры GaN и их рекомбинационные свойства ......... 361.4.2.1. Гетероэпитаксия GaN на сапфире. Прорастающие дислокации ............................ 361.4.2.2. Электрические свойства дислокаций в GaN ............................................................. 381.4.2.3. Рекомбинационные свойства дефектов в GaN ......................................................... 401.4.2.4. Свежевведённые дислокации в нитриде галлия....................................................... 431.5. Выводы к главе 1 и постановка задачи исследования .......................................................... 45Глава 2.
Методы исследования. Описание образцов. ....................................................................... 472.1. Люминесцентная спектроскопия ............................................................................................ 4732.2. Принципиальное устройство СЭМ. Регистрируемые сигналы ............................................ 492.3.
Катодолюминесценция ............................................................................................................ 512.4. Описание экспериментальной установки .............................................................................. 542.5. Описание образцов ................................................................................................................... 56Глава 3. Исследование дислокационной структуры нитрида галлия..............................................
583.1. Дислокации в исходных образцах GaN .................................................................................. 583.2. Дислокационная структура при индентировании плоскостей (0001) и {10-10} ................ 623.2.1. Вариация нагрузки индентора ......................................................................................... 623.2.2. Вариация ускоряющего напряжения .............................................................................. 653.2.3. Индентирование призматической поверхности ............................................................. 673.2.4.
Качественное описание скольжение дислокаций при индентировании плоскости(0001) ............................................................................................................................................ 683.3. Дислокационная структура при царапании ........................................................................... 693.3.1. Пробег дислокаций в зависимости от направления царапания .................................... 693.3.2.
Системы скольжения дислокаций вблизи царапины, выявляемые при различныхускоряющих напряжениях ......................................................................................................... 703.4. Катодолюминесцентные контрасты компонент дислокационных петель .......................... 713.5.
Полная схема распространения дислокаций при локальном деформировании ................. 733.6. Атомная структура свежевведенных дислокаций ................................................................. 733.7. Отжиг свежевведенных дислокаций....................................................................................... 783.8.
Движение дислокаций под воздействием электронного луча ............................................. 823.9. Выводы к главе 3 ...................................................................................................................... 82Глава 4. Свойства дислокационной люминесценции в GaN............................................................ 844.1. Общие свойства дислокационного излучения ....................................................................... 844.2.
Зависимость дислокационного излучения от механических напряжений ......................... 904.3. Зависимость дислокационного излучения от температуры ................................................. 924.4. Зависимость дислокационного излучения от тока электронного луча ............................... 944.5. Люминесценция узлов а-винтовых дислокаций .................................................................... 9744.6 Выводы к главе 4 ..................................................................................................................... 102Глава 5. Обсуждение результатов.
Модель излучательной рекомбинации на а-винтовыхдислокациях и их пересечений. ........................................................................................................ 1045.1. Люминесценция а-винтовых дислокаций ............................................................................ 1045.2. Люминесценция пересечений а-винтовых дислокаций ...................................................... 110Выводы главе 5 ..............................................................................................................................
114Заключение ......................................................................................................................................... 115Список сокращений ........................................................................................................................... 117Благодарности..................................................................................................................................... 118Список литературы ............................................................................................................................ 1195ВведениеАктуальность работыНитрид галлия и твёрдые растворы других тринитридов являются в настоящее время основой для промышленного производства светоизлучающих приборов в видимой области спектра и перспективными материалами для создания других устройств силовой и оптоэлектроники.Именно на этих материалах были созданы «эффективные синие светодиоды, которые сделаливозможными яркие и энергосберегающие белые источники света», за что Накамуре и др.
в 2014году была присуждена Нобелевская премия. Вследствие отсутствия коммерчески доступныхподложек с совершенной кристаллической структурой самого GaN кристаллы и плёнки этогоматериала выращиваются гетероэпитаксиально на монокристаллических подложках из сапфираили, реже, из карбида кремния и кремния. Большая разница в постоянных решётках и коэффициентах термического расширения с подложкой приводит к огромной плотности дислокаций ввыращенных кристаллах GaN, которая, как правило, значительно больше 105 см-2. Последнееобстоятельство стимулировало проведение интенсивных исследований, посвящённых изучениюсвойств ростовых дислокаций, в результате которых было выяснено, что определяющую роль иих электронных свойствах играют точечные дефекты и примеси неизвестной природы, сегрегированные на дислокациях в процессе роста.Что касается свойств собственно дислокаций свободных от примесных атмосфер, то нынешний уровень понимания электронных свойств дислокаций в GaN ещё значительно уступаетдостигнутому для элементарных полупроводников – кремния и германия, история исследования которых насчитывает уж более полувека.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
