КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 22-29-01080

НазваниеСветоизлучающие эпитаксиальные гетероструктуры на основе азотсодержащих твердых растворов GaP(N,As) на кремнии: механизмы формирования и оптоэлектронные свойства.

Руководитель Федоров Владимир Викторович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования и науки "Санкт-Петербургский национальный исследовательский Академический университет имени Ж.И. Алферова Российской академии наук" , г Санкт-Петербург

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-710 - Новые материалы для наноэлектронных приборов

Ключевые слова гетероструктуры, полупроводники, молекулярно-пучковая эпитаксия, эпитаксиальная стабилизация, интеграция A3B5 и кремния, азотсодержащие твердые растворы, Si, GaP, GaPNAs, рентгенодифракционный анализ, оптическая спектроскопия, оптоэлектроника, светодиоды

Код ГРНТИ47.09.29

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Интеграция полупроводниковых соединений А3B5 и кремния является одним из перспективных путей развития современной оптоэлектроники, так как позволяет совместить возможности кремниевой технологии (высокий уровень развитых литографических технологий и интегральной схемотехники), с уникальными особенностями технологии гетероструктур соединений А3B5 (возможностью конструирования поперечного зонного профиля структуры и реализации электронного и оптического ограничения, а также использования квантово-размерных эффектов). При этом монолитная интеграция А3В5 на Si, то есть рост слоев гетероструктуры непосредственно на Si подложке, технологически более предпочтительна в сравнении с пост-ростовыми методами переноса предварительно синтезированных функциональных структур на Si (методы эпитаксиального сращивания подложек). Эпитаксиальный синтез планарных слоев большинства соединений A3B5 на Si оказывается невозможным из-за рассогласования решеток, а использование метаморфных буферных слоев, существенно усложняет ростовую технологию, не позволяет полностью подавить образование структурных дефектов и ограничивает функциональные возможности гетероструктур. Данные факторы определяют важность поиска материальных систем, решеточно-согласованных с Si, и развитие методов их эпитаксиального синтеза. Данный проект посвящен решению проблемы монолитной интеграции А3B5 и кремния путем развития физико-технологических основ создания решеточно-согласованных гетероструктур на основе азотсодержащих твердых растворов (тв.р-р) GaP(N,As) на поверхности буферных слоев Ga(Al)P на подложках Si(001). Уменьшение ширины запрещенной зоны (Eg) при увеличении концентрации азота в тв. р-р А3B5-N сопровождается уменьшением постоянной кристаллической решетки, а не наоборот, как в большинстве соединений A3B5, что позволяет компенсировать изменение параметра решетки при изменении Eg в четверных азотсодержащих тв. р-р путем добавления атомов V группы. Так, среди семейства тв. р-р GaP(N,As) можно выделить диапазон составов прямозонных тв. р-р, теоретически позволяющий варьировать Eg в диапазоне от 2 до 1.45 эВ, сохраняя при этом решеточное согласование с Si, что решает проблему образования упругих напряжений в гетероструктуре. Стабилизация четверных азотсодержащих растворов заданного элементного состава осложняется проблемами конкурентного встраивания атомов V-группы, формированием специфических для азотсодержащих тв. р-р точечных дефектов (пары N-N и N-As в междоузлиях), фазовой сегрегацией тв. р-р и является нерешенной на настоящий день задачей. Для успешной эпитаксиальной стабилизации тв.р-р GaP(N,As) в настоящем проекте будет использоваться метод молекулярно-пучковой эпитаксии с плазменной активацией азота (МПЭ-ПА), позволяющий исследовать механизмы формирования гетероструктур в наиболее широком диапазоне ростовых условий. Для формирования однодоменных атомно-гладких буферных слоев GaP, защищающих поверхность Si от нитридации (при последующем росте азотсодержащих слоев), будет развита новая ростовая методика с использованием низкотемпературных затравочных слоев Ga(Al)P не требующая применения метода эпитаксии с повышенной миграцией, трудно реализуемого при промышленном производстве. В проекте будет проведено комплексное исследование процессов формирования и оптоэлектронных свойств синтезированных эпитаксиальных слоев тв.р-р. GaPNAs изопериодичных к подложке Si(001) с псевдоморфным буферным слоем или решеточно-согласованных с релаксированным буфером Ga(Al)P на Si(001). В проекте планируется развить технологию синтеза функциональных гетероструктур на основе тв.р-р GaP(N,As) на Si с атомно-гладкой поверхностью, высоким кристаллическим совершенством и заданным элементным составом, позволяющую варьировать ширину запрещенной зоны в диапазоне 1.45 - 2 эВ. Будут изготовлены светоизлучающие диодные структуры (СИД) на основе pin-гетероструктур GaP/i-GaPNAs/GaP/Si(001). Развиты соответствующие пост-ростовые технологии для создания приборных структур, в том числе гибких СИД полученных путем отделения слоев гетероструктуры от подложки. В качестве гибкого прозрачного контакта к отделенным структурам будет применяться слой углеродных нанотрубок (УНТ) не требующий "вжигания" для формирования омического контакта. Будет проведено исследование спектральных характеристик и эффективности сформированных приборных структур, определена оптимальная конструкция СИД, обеспечивающая достижение максимальной эффективности СИД. Развитие физико-технологических основ эпитаксиального синтеза решеточно-согласованных гетероструктур на основе тв.р-р GaP(N,As) на Si, предлагаемое в данном проекте, позволит расширить возможности конструирования зонного профиля при создании СИД на кремниевых подложках, а также является важным важным шагом на решении проблемы монолитной интеграции А3В5 на Si для создания оптоэлектронных устройств широкого назначения, в частности, элементов оптоэлектронных и фотонных интегральных схем. Кроме того в проекте будет продемонстрирована возможность создания гибких неорганических СИД, работающих в красной области видимого спектра, на основе гетероструктур отделенных от подложки.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---