Theoretical investigation of the electronic and structural properties of AlN thin films

K K Abgaryan,D I Bazhanov,I V Mutigullin

doi:10.1134/s1063739716080011

Abstract

Studying the electronic and structural properties of AlN thin films is an important problem because such films are widely used as a buffer layer when growing GaN-based semiconductor heterostructures on Si substrates. In this paper, we carry out a theoretical investigation of the properties of an Al-terminated AlN(0001) surface in the framework of the density functional theory. Ab initio calculations allow us to analyze the effect of the in-plane lattice strain on the energy of this surface. It is shown that compressive strain causes a decrease in the AlN(0001) surface energy, while tensile strain leads to its increase. Knowing the surface energy values allows us to evaluate the stress of the surface under investigation. In addition, the curvature of the AlN surface is calculated for various AlN film thicknesses in the case of free growth. The obtained values of the surface curvature are in close agreement with the known experimental results.

Highlights

We show that the presence of the compressive strain leads to a decrease of the AlN(0001) surface energy while tensile strain increases the surface energy of this surface
Theoretical Investigation of Electronic and Structural Properties of AlN Thin Films

Summary

ТОНКИХ ПЛЕНОК AlN

Тонкие пленки нитрида алюминия часто применяют в качестве буферного слоя при выращивании полупроводниковых многослойных гетероструктур на основе нитрида галлия на кремниевой подложке с целью минимизации напряжений между подложкой и пленкой. Важным качественным преимуществом нитрида галлия перед другими широкозонными материалами является уже существующее промышленное производство многослойных структур на его основе, что обеспечивает широкие возможности вариации зонной структуры приборов, получение двухмерного электронного газа (2DEG) с высокими параметрами. ИСе слоя нитрида галлия вдоль направцелью минимизации напряжений между подложкой и пленкой и совершенствования свойств пленки при выращивании нитрида галлия на кремнии часто применяют буферный слой нитрида алюминия, который, в свою очередь, характеризуется собственными значениями механических напряжений и кривизны поверхности [2]. Для понимания процесса формирования МПНС на атомарном уровне становится важным иметь представление об электронных и структурных свойствах получаемых буферных пленок нитрида алюминия на поверхности кремния.

Методика расчета

Результаты и их обсуждение

Библиографический список