Синтез методом молекулярно-пучковой эпитаксии и исследование физических свойств упорядоченных массивов III-N нитевидных нанокристаллов

Одним из основных направлений развития современной физики твердого тела является создание низкоразмерных оптоэлектронных структур, интегрированных с кремниевой технологией. Полупроводники на основе соединений III-N представляют собой класс материалов, используемых, в частности, для создания оптоэлектронных устройств спектрального диапазона от ближнего УФ до ближнего ИК. Синтез двумерных слоёв высокого кристаллического качества на основе таких материалов на кремниевых подложках затруднен вследствие существенного различия параметров кристаллических решеток и температурных коэффициентов расширения между ними. Одним из возможных способов решения данной проблемы является синтез нитевидных нанокристаллов (ННК). ННК – это кристаллические наноструктуры, длина которых значительно превышает их диаметр. В последнее время ННК вызывают повышенный интерес для создания уникальных квантово-размерных гетероструктур с качеством близким к монокристаллическому. Благодаря их морфологии, механические напряжения в полупроводниковых наноструктурах, вызванные различием постоянных решёток и коэффициентов термического расширения, релаксируют, и количество дефектов значительно уменьшается. Таким образом, возможен синтез ННК высокого кристаллического качества на основе материалов III-V на поверхности кремния. В полупроводниковой системе на основе классических III-V материалов достаточно полно исследованы процессы роста однородных ННК по механизму «пар-жидкость-кристалл». Однако механизмы роста ННК на основе соединений III-N отличаются от механизмов роста классических III-V ННК, и их синтез зачастую сопровождается высокой плотностью нанокристаллов, что, как следствие, накладывает ограничения на создание радиальных гетероструктур на их основе. По этой причине синтез упорядоченных массивов III-N ННК заданной поверхностной плотности является актуальным на сегодняшний день. Существующие методы упорядоченного роста ННК включают в себя оптическую (в т.ч. микросферную) и электронную литографии и позволяют создавать массивы с контролируемой плотностью, размерами и расположением ННК. Обычно рост упорядоченных нитридных ННК сопровождается предварительным формированием затравочного слоя AlN на кремнии, что может приводить к ухудшению транспортных свойств GaN/Si гетероперехода и сужению потенциала использования таких структур. Целью данного проекта является разработка технологии синтеза методом молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ) упорядоченных массивов III-N ННК на поверхности кремния без стадии осаждения промежуточных слоев AlN и исследование физических свойств полученных структур. В результате выполнения проекта будут получены следующие результаты: 1. Разработана технология МПЭ синтеза упорядоченных массивов III-N ННК на подложках SiOx/Si, подготовленных методом микросферной фотолитографии как при предварительном осаждении капель металлов – составляющих ННК (например, Ga для GaN ННК) на поверхность подложек, так и без предварительного осаждения. 2. Разработана технология МПЭ синтеза упорядоченных массивов III-N ННК на предварительно подготовленных методом электронной литографии SiOx/Si подложках с заданными размерами «отверстий» в ингибиторном слое SiOx и шагом между ними. 3. Исследованы структурные и оптические свойства полученных образцов.