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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/1029| Microestructura de películas de nitruro de galio crecidas sobre sustratos de silicio Microstructure of gallium nitride films grown on silicon Substrates | |
| Francisco Ruiz Zepeda | |
| Oscar Edel Contreras López | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Electrónica de transmisión,Microscopia,Nitruro de Galio,Dislocaciones | |
| Esta tesis aborda algunos desafíos que enfrenta el crecimiento de capas de GaNde alta calidad sobre sustratos de silicio. Las estructuras investigadas en elpresente trabajo, son estructuras típicas utilizadas como soportes para laincorporación de dispositivos luminiscentes. Primero, mediante microscopíaelectrónica de transmisión y microscopía de fuerza atómica, se realizó un estudiode la microestructura y la morfología de la superficie de películas de GaN, crecidassobre sustratos de silicio (111) utilizando una capa buffer de AlN expuesta adistintos tiempos de flujo de silano (SiH<sub>4</sub>). A un tiempo óptimo de tratamiento, seobservó un crecimiento por flujo de escalones predominante en la superficie deGaN y se midió un valor mínimo de rugosidad en la superficie. A mayores tiemposde tratamiento se registró una reducción de hasta en un orden de magnitud en ladensidad de dislocaciones. Se ha propuesto que el aumento en la calidad de lasuperficie y la estructura, se debe al proceso de aniquilación de dislocaciones porefecto de mascarilla, formada por el SiNx, y a la incorporación de Si en laestructura. Posteriormente, se llevó a cabo un análisis por medio de microscopíaelectrónica de transmisión, de capas de GaN crecidas sobre sustratos de Si(110)utilizando una capa de nucleación de AlN de alta temperatura y dos capas de AlNde baja temperatura. Las imágenes de alta resolución mostraron una interfazabrupta entre el AlN y el sustrato y una relación epitaxial coherente entre losplanos (1 100)AlN y (001)Si. El arreglo atómico y la configuración del enlace en lainterfaz AlN(0001)/Si(110) se analizó considerando la coordinación del enlacequímico, el desacople de red y el balance de la carga neta. Las imágenes de lamicroestructura de GaN/AlN/Si(110) mostraron que únicamente las dislocacionesde borde se doblan sobre el plano basal, generando segmentos horizontalesalineados a lo largo de la dirección de mínimo desacople [1 100] de la película deGaN/AlN sobre Si(110). Se ha propuesto que la generación de los defectoshorizontales se debe al desacople en la interfaz AlN/Si(110) y son consecuenciade una fuerza con componentes de deslizamiento y escalamiento, presente sólo en algunos de los planos prismáticos del GaN. Estos resultados contribuyen a lacomprensión de la naturaleza de los defectos en las películas de GaN crecidassobre sustratos de silicio, particularmente en la relajación del esfuerzo en laestructura GaN/AlN/Si(110), y en el mejoramiento de la calidad cristalina en elsistema GaN/AlN/Si(111), bajo la incorporación de altas cantidades de silicio en lacapa buffer de AlN. This dissertation addresses some challenges facing the growth of high-quality GaNlayers on silicon substrates. The structures investigated here, are commonly usedas wafers to incorporate light emitting devices on top. In the first part, themicrostructure and surface morphology of GaN films grown on AlN seed layersexposed to silane flow are studied by transmission electron microscopy and atomicforce microscopy. The AlN seed layer surface was treated at different SiH<sub>4</sub>exposure times prior to the growth of the GaN film on silicon (111) substrates. Atan optimal SiH<sub>4</sub> exposure time, a step-flow growth mode in the GaN film isobserved. In this regimen the surface roughness has its lowest value recorded.With further exposure time the dislocation density is reduced nearly by an order ofmagnitude. The improvement in quality of the surface and structure of the films isobserved to be related to an annihilation process of threading dislocations by effectof SiNx masking and Si incorporation. In the second part of this thesis, theinterface and the microstructure of GaN layers grown on Si(110) substrates usinglow-temperature AlN interlayers and a high-temperature AlN seed layer areexplored. High resolution transmission electron images from the AlN/substrateinterface, show an abrupt crystalline interface and a highly coherent epitaxialrelationship between (1 100)AlN and (001)Si planes. The atomic arrangement andbonding configuration at the AlN(0001)/Si(110) interface are analyzed byconsidering the chemical coordination, lattice mismatch and net charge balance.Contrast images from the microstructure of the GaN epilayers, show that edge typethreading dislocations bend over the basal plane, generating horizontal segmentsaligned along the closely lattice matched direction [1 100] of GaN. It has beenproposed, that the horizontal defects are generated by a driven force with glide andclimb components manifested on some of the prismatic slip planes of GaN due tothe anisotropic misfit strain originated at the AlN/Si(110) interface. These findingsbring understanding to the nature of defects in gallium nitride films grown on siliconsubstrates, particularly in lattice mismatch relaxation for the system GaN/AlNgrown on Si(110), and to the improvement of crystal quality under the incorporationof δ-silicon on AlN seed layer for GaN grown on Si(111). | |
| CICESE | |
| 2010 | |
| Tesis de doctorado | |
| Español | |
| Ruiz Zepeda, F.2010.Microestructura de películas de nitruro de galio crecidas sobre sustratos de silicio.Tesis de Doctorado en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California.105 pp. | |
| OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Física de Materiales |
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