Фундаментальные исследования эпитаксиальных гетероструктур для СВЧ микро и наноэлектроники

В ходе выполнения второго этапа работы (2021г.) были проведены исследования: Проведены исследования эпитаксиальных структуры GaN/Si (111). Образцы GaN/Si(111) были синтезированы методом МПЭ ПА путем коалесценции автокаталитических наноколонн GaN. Исследованы структурные, электрические и химические свойства полученных структур GaN/Si(111). Показано, что метод коалесцентного заращивания может быть использован для получения достаточно гладких слоев GaN и предотвращения травления расплавом. Такой дизайн эпитаксиальных слоев GaN может использоваться в качестве буферного слоя для синтеза высококачественных слоев GaN на кремниевых подложках. Было обнаружено, что синтезированные эпитаксиальные слои GaN обладают n-типом проводимости с концентрацией носителей n ~ 2,0 · 1019 см-3, было показано, что все образцы являются Ga-полярными. Кроме того, впервые было продемонстрировано, что травление эпитаксиальных структур GaN/Si(111) с наноколончатым зародышевым слоем в KOH в течение 60 мин приводит к частичному отделению эпитаксиального слоя GaN от подложки Si (111). Исследованы эпитаксиальные структуры AlN/Si(111), последовательно выращенные методами молекулярно-пучковой эпитаксии с плазменной активацией азота (МПЭ ПА) и хлорид-гидридной газофазной эпитаксии (ХГФЭ). Буферные слои AlN были синтезированы методом МПЭ ПА путем коалесценции наноколонн AlN, выращенных на подложках Si(111) и использовались в качестве шаблонов для дальнейшего роста толстого слоя AlN методом ХГФЭ. Было показано, что описанные подходы могут быть использованы для получения слоев AlN с достаточно гладкой морфологией. Было обнаружено, что ХГФЭ AlN наследует кристаллографическую полярность слоя AlN, выращенного методом МПЭ ПА. Показано, что жидкостное травление таких эпитаксиальных структур AlN/Si(111) приводит к частичному отделению эпитаксиальных слоев AlN от подложки Si(111) и позволяет формировать подвешенные структуры. Исследован плазмонный эффект в металлических наночастицах, сформированных на поверхности GaN. Наночастицы серебра и золота сформированы на эпитаксиальном GaN, выращенном методом МПЭ ПА. Изучена морфология эпитаксиальных слоёв GaN, тонких плёнок Au и Au, а также распределённого массива наночастиц. Теоретические и экспериментальные оптические характеристики показывают появление эффекта поверхностного плазмонного резонанса. С помощью математического моделирования показана принципиальная возможность создания датчика вектора акустической скорости на основе эпитаксиальных слоев GaN. Моделирование характеристик полученных датчиков акустической скорости было проведено на основе измеренных электрических характеристик, где были определены чувствительность и диаграмма направленности. Получен прототип датчика на основе GaN эпитаксиальных пленок GaN. Рассмотрено взаимодействие экситонной моды с собственными фотонными модами в структуре на основе GaN с размерами в несколько микрометров. Продемонстрирована методика регистрации спектров излучения таких структур. Подобраны наиболее оптимальные форма и размеры резонатора для эффективного взаимодействия света и вещества. Получен и проанализирован теоретический спектр для подобранного резонатора. Проведено теоретическое моделирование оптоакустического генератора на основе структуры с таммовским плазмоном в качестве активной среды с добавлением слоя органического материала (полидиметилсилоксана). Проведено исследование структурных и оптических свойств материала GaP1-xNx. Было исследовано влияние быстрого термического отжига тройных твердых растворов GaAsN/GaAs на распределение атомов азота в кристаллической решетке. Продемонстрированы варианты расположения атомов азота в кристаллической решетке GaAs. Проведено сравнение псевдоморфной транзисторной гетероструктуры, выращенной на подложке InP, и метаморфной транзисторной гетероструктуры на подложке GaAs. Показано, что при использовании метаморфного буфера в метаморфной транзисторной гетероструктуре на подложке GaAs возрастает шероховатость структуры и уменьшается интенсивность фотолюминесценции по сравнению с псевдоморфной транзисторной гетероструктуры, выращенной на подложке InP. Показано, что при использовании метаморфного буфера можно достичь параметров концентрации и подвижности носителей в канале метаморфной гетероструктуры на подложке GaAs сравнимыми с параметрами псевоморфной ретероструктуры на подложке InP. Разработан дизайн источника терагерцевого (ТГц) излучения на основе сверхрешетки AlGaAs/GaAs, получаемой методом молекулярно-пучковой эпитаксии. Рассчитаны коэффициент усиления и уровень оптических потерь и определены параметры источника, при которых возможна генерация ТГц-излучения. Методами рентгеновской рефлектометрии (в том числе на синхротронном источнике) и фотолюминесценции определена морфология сверхмногопериодных сверхрешеток Al0.3Ga0.7As/GaAs, выращенных методом молекулярно-пучковой эпитаксии.