Speaker
Description
Azotek galu (GaN), azotek glinu (AlN), azotek indu (InN) i ich związki trójpierwiastkowe: AlGaN, InAlN i InGaN stanowią technologiczną rewolucję. Udowodniono, że AlGaN jest materiałem pozwalającym na wytwarzanie układów emitujących światło ultrafioletowe [1], w tym diody laserowe UV-B [2] oraz tranzystorów o wysokiej ruchliwości elektronów (ang. high electron mobility transistors, HEMT). Podobnie podjęto pomyślne próby wytwarzania tranzystorów HEMT w oparciu o InAlN [3]. Związki te wchodzą w skład w drugiej pod względem udziałów w rynku grupy półprzewodników wykorzystywanych w produkcji białych diod LED, jak również wykorzystywanych do sterylizacji diod LED UVC oraz czerwonych/niebieskich diod laserowych. Na potrzeby technologii takich jak emitery UVC, wysokoczęstotliwościowe tranzystory i wysokotemperaturowa elektronika wymagane są warstwy AlGaN o wysokiej zawartości glinu, których współczesne metody wzrostu obarczone są technologicznymi trudnościami. Ich natura zależy od wykorzystanego podczas procesu wzrostu bufora pomiędzy warstwą AlGaN i szafirowego podłoża. Wykorzystanie bufora z GaN prowadzi to do naprężeń rozciągających podlegających relaksacji poprzez pękanie, natomiast przy zastosowaniu niskotemperaturowego bufora z AlN nie jest możliwe produkowanie pionowych struktur. Zbadano również stosowalność podłóż z azotku glinu, które odznaczają się jednak bardzo wysoką ceną jednostkową. Główną przeszkodą na drodze rozwoju metod wzrostu InGaN jest konieczność prowadzenia wzrostuw bardzo niskich temperaturach koniecznych do powstawania studni kwantowych kluczowych dla emiterów światła widzialnego.
W tej pracy badamy proces epitaksji van der Waalsa (vdW) AlGaN, InAlN i InGaN na podłożu szafirowym z buforową warstwą azotku boru w hybrydyzacji sp2 (sp2-BN). Naszym długofalowym celem jest osiągnięcie wysokiej jakości kryształów o zawartości odpowiednio indu i glinu przewyższającej limity innych technik wzrostu. Wszystkie warstwy sp2-BN wzrosły na podłożach szafirowych w dwuetapowym procesie metaloorganicznej epitaksji z fazy gazowej (ang. metalorganic vapour-phase epitaxy, MOVPE) [4, 5]. W pracy K. Ludwiczak et al. [6] pokazano, że sp2-BN jest obiecującym podłożem do wzrostu innych materiałów 2D. Dodatkowo proponowana metoda wzrostu pozwala na obserwację interesującego zjawiska, gdzie warstwy dwóch różnych materiałów wiązane są razem jedynie przez słabe siły van der Waalsa, w wyniku czego możliwe jest ich łatwe mechaniczne rozdzielenie lub nawet spontaniczna delaminacja, po której materiał można przenieść na inne podłoże.
W celu oceny jakości wyrośniętych warstw azotków III-grupy na buforowej warstwie BN, przeprowadziliśmy strukturalną analizę z wykorzystaniem dyfrakcji i reflektometrii rentgenowskich, spektroskopii Ramana, mikroskopii sił atomowych, skaningowej mikroskopii elektronowej, katodoluminescencji i spektroskopii rentgenowskiej z dyspersją energii (ang. energy-dispersive X-ray spectroscopy EDX). Przedyskutujemy wyniki epitaksji vdW dla warstw AlGaN, InAlN i InGaN na podłożu z sp2-BN z różniącymi się warunkami wzrostu warstw – przede wszystkim poprzez modyfikację liczby, grubości i typu warstw buforowych AlN oraz zawartości procentowej Al/In.
Bibliografia
[1] Y. J. Sung, et al. Optics Express 27, 29930 (2019)
[2] T. Nishibayashi, et al. Applied Physics Express, 16, 104001 (2023)
[3] D. Maier et al., in IEEE Electron Device Letters, vol. 33, no. 7, pp. 985-987 (2012)
[4] A. K. Dąbrowska, et al. 2D Materials 8, 015017 (2020)
[5] M. Tokarczyk, et al. 2D Materials 10, 025010 (2023)
[6] K. Ludwiczak, et al. ACS Appl. Mater. Interfaces 16, 49701−49710 (2024)
