Instytut Wysokich Ciśnień

Śledzimy ewolucję morfologii kryształu GaN

Jak zmienia się powierzchnia kryształu GaN w czasie wzrostu metodą MBE (ang. molecular beam epitaxy) i jak wygląda ruch stopni atomowych? Wykorzystując trawienie elektrochemiczne, które jest czułe na poziom domieszkowania, można to prześledzić.

Wzrost kryształu GaN prowadzimy używając techniki MBE, co pozwala na precyzyjną kontrolę warunków epitaksji. Intencjonalnie zmieniamy warunku wzrostu tak, aby modyfikować morfologię powierzchni, jednocześnie wprowadzając do kryształu domieszkę (w naszym przypadku krzem), która jest „znacznikiem” tych zmian. Jeśli w czasie wzrostu na powierzchni GaN znajdują się równoodległe od siebie stopnie atomowe, to krzem wbudowuje się jednorodnie. Jeśli natomiast część stopni łączy się w zbitki (ang. step-bunches), to w takich obszarach wbudowuje się więcej krzemu niż na obszarze pomiędzy zbitkami stopni. Aby to zobaczyć, po wzroście „przecinamy” strukturę prostopadle do podłoża / wzdłuż kierunku wzrostu i za pomocą trawienia elektrochemicznego ujawniamy miejsca z większą koncentracją krzemu, gdzie trawienie zachodzi preferencyjnie.

Rysunek przedstawia morfologię dwóch różnych powierzchni GaN po wzroście - w pierwszym przypadku (a) z widocznymi zbitkami stopni atomowych, a w drugim (b) pokrytej gęstymi równoodległymi stopniami atomowymi. Schematy (c) i (d) przestawiają różnicę w mikroskopowym obrazie powierzchni. Różnice w morfologii powierzchni podczas epitaksji i różne prędkości lateralne stopni atomowych wpływają na jednorodność wbudowywania atomów krzemu podczas wzrostu warstw GaN:Si.

Rysunek przedstawia widok z boku warstwy GaN:Si po trawieniu elektrochemicznym, gdzie na obserwowanym obszarze widoczne są (a) niejednorodnie lub (b) jednorodnie rozmieszczone pory. Związane jest to z rozmieszczeniem atomów krzemu w warstwie.

Zachęcamy do zapoznania się z pracą „Revealing inhomogeneous Si incorporation into GaN at the nanometer scale by electrochemical etching” M. Sawicka, N. Fiuczek, H. Turski, G. Muziol, M. Siekacz, K. Nowakowski-Szkudlarek, A. Feduniewicz-Żmuda, P. Wolny, and C. Skierbiszewski, Nanoscale 12, 6137 (2020).  http://dx.doi.org/10.1039/C9NR10968D. Zapraszamy też do bezpośredniego kontaktu z grupą MBE.