Дисертація присвячена комплексному дослідженню застосувань і розробок технологічних рішень щодо формування нанотемплетів для гетероструктур ІІІ-нітридів, в тому числі з неполярною кристалографічною орієнтацією, щодо забезпечення малодефектності і можливості одержання наноструктур (наностержнів, квантових точок, тощо) для їх практичної реалізації в оптоелектронних інтегральних схемах.
На базі запропонованої спрощеної математичної моделі процесу зародження дефектів у тривимірних наноструктурах розглянуто критерії вибору і розрахунку темплетних параметрів (співвідношення радіусу і глибини нанопір) для забезпечення малодефектності гетероструктур.
Розглянуто крітерії щодо моделювання зародкоутворення дефектів у наноструктурах з тривимірним обмеженнням із застосуванням нанотемплетів з метою забезпечення низької щільністі дислокацій гетероструктур.
Визначено, що розроблені нано-темплети анодованого оксиду алюмінію, що сформовані у розчині 0,05М щавлевої кислоти, можуть забезпечити задовільну однорідність та періодичність пір, а статистичний розподіл їх діаметрів по площі поверхні, як було встановлено за допомогою атомно-силового мікроскопу, характеризується бімодальністю: переважна їх кількість визначалася діаметрами ~20-30 нм або 55-100 нм, що згідно запропонованої спрощеної математичної моделі, забезпечує доцільність розгляду таких нано-темплетів в дослідах щодо забезпечення як низької щільності дислокацій, так і контрольованості розміру і розташування наноструктур.
Досліджено і доведено можливість використання на кремнії нано-темплетів анодного оксиду алюмінію, оптимальних згідно запропонованої спрощеної математичної моделі щодо процесу зародження дефектів, для росту методом хлорид-гідридної газофазної епітаксії неполярного α-GaN з кристалографічною орієнтацією (112 ̅0) і низькою щільністю дефектів упаковки, порівняною з результатами на основі методів одноступеневого латерального зростання або за допомогою буферних шарів на сапфірі і на карбіді кремнію, відповідно.
Досліджено і розроблено технологічний процес, що не є літографічним, щодо формування неполярних нано гетероструктур ІІІ-нітридів з низькою щільністю дефектів і можливістю здійснення контролю розмірів і розташування (нанодротів, нанокілець та квантових точок) на основі передачі малюнку гексагональних нано пор темплетів анодованого оксиду алюмінію на маску SiO2. При дослідженні методом просвічуючої електронної мікроскопії встановлено, що перерізи масивів наностержнів GaN мають вертикальні бічні стінки, конусоподібне обрамлення, і висота їх визначається товщиною SiO2 маски, а щільність дислокацій при цьому становить ~3х106 см-2.
Проведені дослідження фотолюмінісцентних характеристик гетероструктур з 4-періодними GaN/InGaN квантовими ямами, сформованими на системі GaN наностержнів і на планарних GaN шарах. Було продемонстровано, що інтенсивність піку фотолюмінісценції структур з GaN/InGaN квантовими ямами на наностержнях втричі вища порівняно з планарним варіантом, що можна пояснити наявністю квантових точок і квантових кілець на фасетованих поверхнях. При цьому пік максимуму випромінювання (464нм) зміщений на 36 нм у довгохвильову область (максимум - 500нм), що свідчить про збільшення частки індію у квантовій ямі завдяки конусоподібному обрамленню, що для фасетованих поверхонь наностержнів зумовлює неполярну і напівполярну кристалографічну орієнтацію і, відповідно, можливість потрапляння більшої долі індію в кристалічну гратку InGaN.
Розглянуто застосування одержаних нанотемплетів текстурованого сапфіру для УФ-фотодіодів і шарів акумулювання енергії, що можуть використовуватися в оптоелектронних інтегральних схемах космічного, біологічного та військового призначення завдяки високій термічній, хімічній та радіаційній стійкості сапфіру і ІІІ-нітридів, де традиційний кремній не підходить.
Для шарів GaN, сформованих на нанотемплетах текстурованого сапфіру отримано низьку щільність дислокації проростання (~ 5х106 см -2), порівняну з шарами, сформованими за методикою епітаксійного бічного зарощування. Щільність дислокацій визначалася на основі дифузійної довжини нерівноважних носіїв за допомогою методу струмів, індукованих електронним променем.
Для УФ GaN фотодіодів з бар’єром Шоткі показано, що структури, сформовані на нанотемплетах текстурованого сапфіру, порівняно з фотодіодами без нанотемплетів, забезпечують крутіший довгохвильовий (375-475 нм) край нормованої фоточутливості, зменшуючи її на порядок в цьому діапазоні, що дозволяє обходитись без спеціальних фільтрів.
Для шарів акумуляції енергії в одному МОСVD технологічному циклі на нанотемплетах текстурованого сапфіру запропоновано формувати, нанокарбіди, консолідовані фази AlCN або BСN в потоці триметилу алюмінію або триетилу бору, відповідно, а також шари гексагонального нітриду бору (h-BN), в який може бути інкапсульований графен.
Ключові слова: нанотемплети, гетероструктури, нітриди ІІІ групи, малодефектність, анодований оксид алюмінію.
