Механизмы формирования квантовых точек GaN методом аммиачной молекулярно-лучевой эпитаксии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Майдэбура Ян Евгеньевич

• Майдэбура Ян Евгеньевич
• кандидат наук
• 2026

Оглавление диссертации кандидат наук Майдэбура Ян Евгеньевич

Введение

1. Обзор литературы

1.1. Структуры пониженной размерности

1.2.Эпитаксия

1.2.1. Фундаментальные основы процесса эпитаксии

1.2.2. Классификация механизмов эпитаксиального роста

1.3.Полупроводниковые эпитаксиальные квантовые точки

1.3.1. Рост квантовых точек по механизму Странского-Крастанова

1.3.2. Рост квантовых точек методом капельной эпитаксии

1.4.Соединение ОаК и квантовые точки на его основе

1.4.1. Кристаллическая структура и встроенное электрическое поле в GaN

1.4.2. Оптические свойства ансамбля квантовых точек

1.4.3. Оптические свойства одиночной квантовой точки

1.4.4. Контролируемое формирование квантовых точек

1.5.Выводы к главе

2. Экспериментальные методы формирования и исследования квантовых точек ОаК

2.1.Молекулярно-лучевая эпитаксия с использованием аммиака в качестве источника

азота

2.2.Метод дифракции быстрых электронов для in situ исследования процессов формирования и структуры квантовых точек

2.2.1. Построение Эвальда и условие Лауэ для наблюдения дифракции

2.2.2. Дифракция в геометрии на отражение и прохождение

2.3. Физические методы исследования структур с квантовыми точками

3. Капельная эпитаксия нанокристаллов GaN на поверхности графеноподобного SiN,

выращенного на подложке Si (111)

2

3.1.Подготовка подложки Si (111) и описание процедуры эксперимента

3.2.Формирование капель Ga на поверхности графеноподобного SiN

3.3.Морфология поверхности образцов с нанокристаллами GaN

3.4.Явление политипизма в нанокристаллах GaN

3.4.1. Спектры микро-фотолюминесценции нанокристаллов GaN

3.4.2. Дифракционные картины нанокристаллов GaN

3.4.3. Кинетика формирования нанокристаллов GaN

3.4.4. Просвечивающая электронная микроскопия отдельных нанокристаллов GaN

3.4.5. Определение кристаллических структур

3.4.6. Объяснение политипизма в рамках классической теории нуклеации

4. Обратимый 2D-3D переход при изменении стехиометрических условий на

поверхности тонкого слоя GaN, выращенного на поверхности AlN

4.1.Процедура подготовки подложки Al2O3 для проведения эксперимента и описание

процедуры эксперимента

4.2.Эволюция дифракционной картины и кинетика 2D-3D перехода в процессе

циклирования потока аммиака

4.3.Оценка величины термического разложения GaN в процессе 2D-3D перехода

4.4.Термодинамика и кинетика 2D-3D перехода при изменении потока аммиака

4.4.1. Равновесная модель Щукина

4.4.2. Кинетическая модель изменения элементного состава и поверхностной энергии слоя GaN при изменении потока аммиака

4.4.3. Кинетика поверхностной энергии и элементного состава на поверхности слоя GaN в процессе модуляции потока аммиака

Заключение

Список публикаций по теме диссертационной работы

Список литературы

3

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Механизмы формирования квантовых точек GaN методом аммиачной молекулярно-лучевой эпитаксии»

Введение

Вручение в 2023 году Нобелевской премии по химии за открытие и синтез полупроводниковых квантовых точек (КТ) стало признанием значимости данной области исследований. Особенностью КТ является пространственное ограничение движения электронов во всех трёх направлениях, что приводит к дискретному энергетическому спектру с положением уровней, зависящим от их размера. Это обусловливает возможность создания на основе КТ приборов с широко перестраиваемым спектром поглощения света, узкими линиями люминесценции, управляемым электронным транспортом и регулируемыми химическими и физическими свойствами, что связано с большим отношением площади поверхности к объёму. В результате КТ находят широкое применение в различных областях науки и техники, например, в оптоэлектронике (In(Ga)As, CdSe), биомедицине (CdSe, ZnS), фотовольтаике (PbS, CsPbX3), спинтронике (InAs, CdS).

Среди всего семейства КТ на основе соединений A2B6 и A3B5 особый интерес представляют наноструктуры на базе GaN. Помимо большой ширины запрещённой зоны (3.39 эВ для структуры вюрцита), это обусловлено уникальными свойствами GaN: высокой энергией связи и силой осциллятора экситона, большой эффективной массой электронов и дырок, а также наличием сильного встроенного электрического поля (с напряжённостью порядка МВ/см). Совокупность указанных характеристик определяет высокий потенциал КТ GaN при создании светодиодов и лазерных диодов, однофотонных излучателей, солнечных элементов, одноэлектронных транзисторов и спиновых затворов. Однако, несмотря на значительные перспективы и успешное формирование КТ на различных подложках, таких как Si (111), c-Al2 O3 , 6H-SiC и 3C-SiC, получение КТ с заданным набором параметров (кристаллическая структура, плотность, размер и его дисперсия) остаётся нерешённой задачей.

Традиционными методами формирования эпитаксиальных квантовых точек (КТ) являются рост по механизму Странского-Крастанова (С-К) и метод капельной эпитаксии (КЭ). В первом случае КТ образуются при эпитаксиальном росте псевдоморфного слоя на несоответствующей подложке при достижении критической толщины плёнки. Во втором случае формирование КТ осуществляется поэтапно и включает нанесение металлических капель с их последующей обработкой во внешнем потоке второго компонента. С использованием указанных подходов и молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) на данный момент достигнуто контролируемое формирование КТ InAs, GaAs и Ge. Однако существующие методы не позволяют обеспечить управляемое формирование КТ GaN.

Так, при росте по механизму С-К, независимо от условий роста, наблюдается образование

10 2

КТ с высокой плотностью, как правило около 10 см- [1, 2]. В работе [3] был продемонстрирован контроль плотности КТ, однако это стало возможным лишь при использовании дорогостоящей монокристаллической подложки АШ. В свою очередь, при росте методом КЭ на традиционных поверхностях, таких как Si(001), Si(111), SiO2 или А1^а)^ формирование КТ GaN сопровождается обменом материала между каплями [4, 5], что исключает возможность независимого контроля плотности и размеров КТ.

Одним из возможных решений указанной проблемы является использование так называемого модифицированного механизма С-К, характерного для системы GaN. В данном случае формирование КТ происходит после остановки роста и модификации состава поверхности псевдоморфного слоя GaN, выращенного на подложке ЛТК При молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) с плазменной активацией азота модификация поверхности осуществляется посредством осаждения адсорбционного слоя Ga с последующим отключением его потока [6]. В условиях аммиачной МЛЭ модификация заключается в отключении потока аммиака [2]. Таким образом, управление процессом модификации поверхности псевдоморфного слоя GaN открывает возможность контролируемого формирования КТ.

Альтернативным подходом к формированию КТ GaN является использование метода КЭ на ван-дер-Ваальсовой поверхности графеноподобного g-SiN [7], выращенного in situ на подложке Si(111). Предполагается, что слабое ван-дер-Ваальсово взаимодействие атомов Ga с поверхностью g-SiN обеспечит возможность формирования капель Ga с контролируемой плотностью и размерами за счёт варьирования потока атомов галлия и температуры подложки. Последующая аморфизация слоя g-SiN в атмосфере аммиака позволит управляемо преобразовывать капли Ga в КТ, одновременно подавляя процессы ухода атомов Ga из капель.

Оба рассмотренных подхода представляются перспективными для контролируемого формирования КТ GaN, однако в настоящее время остаются недостаточно исследованными. В связи с этим цель настоящей работы состояла в установлении природы процессов формирования КТ GaN методом аммиачной МЛЭ с использованием КЭ и модифицированного механизма С-К. Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Определить кинетику нанесения атомарного Ga на поверхность g-SiN и последующего испарения при различных температурах методом дифракции быстрых электронов;

2. Исследовать кристаллическую структуру, морфологию и упругие напряжения в нанокристаллах GaN, формируемых на поверхности g-SiN;

3. Изучить влияние модуляции потока аммиака на морфологию упруго напряжённого слоя GaN, выращенного на подложке AlN;

4. Определить роль термического разложения слоя GaN при модуляции потока аммиака;

5. Разработать кинетическую модель, описывающую механизмы формирования квантовых точек GaN по модифицированному механизму С-К.

Научная новизна работы.

1. Впервые показано, что при капельной эпитаксии квантовых точек GaN на поверхности слоя g-SiN/Si (111) формируются нанокристаллы GaN с плотностью около

9 2

7^10 см- , остающейся неизменной при увеличении количества нанесенного Ga с 0.6 до 10 монослоев;

2. Экспериментально обнаружено формирование трех кристаллических структур GaN при формировании нанокристаллов GaN на поверхности (111): цинковая обманка с кристаллографической ориентацией (111), политип 6Н (0001) и вюрцит с неполярной ориентацией (10-10);

3. Показано, что формирование трёх кристаллических структур осуществляется одновременно, причём они сосуществуют в пределах одного нанокристалла;

4. Установлено, что нанокристаллы GaN, сформированные на поверхности в процессе капельной эпитаксии, свободны от напряжений;

5. Экспериментально обнаружено, что процесс преобразования упруго напряженного слоя GaN в квантовые точки по модифицированному механизму Странского-Крастанова является обратимым;

6. Разработана кинетическая модель, описывающая эволюцию состояния адсорбционного слоя аммиака на поверхности GaN и изменение поверхностной энергии GaN при изменении потока аммиака;

7. В рамках разработанной кинетической модели показано, что при формировании квантовых точек по модифицированному механизму Странского-Крастанова, с каждым циклом отключения/включения аммиака происходит уменьшение плотности массива формируемых квантовых точек одновременно с увеличением их латерального размера. Практическая значимость работы.

1. Предложен и изучен способ контролируемого формирования ненапряженных квантовых точек GaN с узкой дисперсией размеров и структурой цинковой обманки на

поверхности g-SiN/Si (111). Отсутствие встроенного электрического поля в таких квантовых точках открывает возможность создания высокоэффективных источников ультрафиолетового излучения на их основе;

2. Предложен способ формирования квантовых точек GaN низкой плотности на поверхности AlN/Al2O3 со структурой вюрцита (0001), основанный на управлении потоком аммиака. Формирование массива квантовых точек низкой плотности обеспечивает возможность создания на их основе высокотемпературных источников одиночных фотонов.

3. Предложена кинетическая модель, позволяющая количественно описать изменение состава адсорбционного слоя и поверхностной энергии слоя GaN (0001) при изменении ростовых условий. Модель позволяет оптимизировать процессы эпитаксиального роста гетероструктур А3-нитридов для технологии транзисторов с высокой подвижностью электронов.

Методология и методы исследования.

Объектом исследования являлись полупроводниковые наноструктуры и тонкие пленки GaN, полученные методом молекулярно-лучевой эпитаксии с аммиаком в качестве источника азота на подложках Al2O3 и Si (111). Для решения поставленных задач был применен комплекс современных экспериментальных и теоретических подходов. Кинетику осаждения и десорбции атомарного галлия, а также кинетику формирования наноструктур изучали in situ методом дифракции быстрых электронов. Кристаллическую структуру и упругие напряжения в полученных образцах исследовали с помощью комплекса методов, включающего дифракцию быстрых электронов, просвечивающую электронную микроскопию и микро-фотолюминесценцию. Морфологию поверхности анализировали методом атомно-силовой микроскопии, а процесс термического разложения тонких слоев в условиях модуляции потока аммиака был изучен с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Для интерпретации экспериментальных

данных и описания механизмов формирования наноструктур были использованы теоретические модели, в частности, равновесная модель Щукина и классическая теория нуклеации.

Положения, выносимые на защиту:

1. Процесс капельной эпитаксии на поверхности графеноподобного SiN в температурном диапазоне (575-625) °С обеспечивает формирование ненапряженных нанокристаллов GaN с кристаллической структурой типа цинковой обманки с ориентацией (111) в направлении роста;

2. Плотность нанокристаллов GaN, сформированных методом капельной эпитаксии на поверхности графеноподобного SiN, остается неизменной при увеличении количества нанесенного Ga с 0.6 до 6 монослоев. Неизменность плотности обусловлена низкой энергией активации диффузии (менее 0.2 эВ) адатомов Ga на ван-дер-ваальсовой поверхности и формированием аморфной фазы SiN вне основания капли при взаимодействии с аммиаком.

3. Процесс преобразования упруго напряженного слоя GaN на поверхности АШ (0001) в квантовые точки при температуре (740±5) °С по модифицированному механизму Странского-Крастанова является обратимым и управляется модуляцией потока аммиака.

4. Движущей силой преобразования упруго напряженного слоя GaN при модуляции потока аммиака является изменение поверхностной энергии слоя GaN, определяемое изменением степени покрытия этого слоя радикалами аммиака. Достоверность результатов и апробация работы.

Достоверность результатов, представленных в диссертации, обеспечивается использованием современных экспериментальных методов исследования, воспроизводимостью результатов, хорошим согласием экспериментальных данных с теоретическими расчетами, непротиворечивостью с данными работ других авторов.

Результаты, полученные в рамках данной работы, были апробированы на 18 международных и российских конференциях: Школа молодых ученых «Актуальные проблемы полупроводниковых наносистем» «АППН 2019» (Новосибирск, 2019 г.); XVII Российская студенческая конференция по физике твердого тела «ФТТ-2020» (Томск, 2020 г.); Школа молодых ученых «Актуальные проблемы полупроводниковых наносистем» «АППН 2020» (Новосибирск, 2020 г.); IEEE 22nd International Conference of Young Professionals in Electron Devices and Materials (Республика Алтай, 2021 г.); Российская конференция и школа молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники (с участием иностранных ученых) «Ф0Т0НИКА-2021» (Новосибирск, 2021 г.); IX International Scientific Conference «ACTUAL PROBLEMS OF SOLID STATE PHYSICS» (APSSP-2021) (Минск, Республика Беларусь, 2021 г.); XXVI международный симпозиум "Нанофизика и наноэлектроника" (Нижний Новгород, 2022 г.); XXVI Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения (Москва, 2022 г.); 60-я Международная научная студенческая конференция «МНСК-2022» (Новосибирск, 2022 г.); 13-я Международная Научно-практическая конференция по физике и технологии наногетероструктурной СВЧ электроники «МОКЕРОВСКИЕ ЧТЕНИЯ» (Москва, 2022 г.); IEEE 23rd International Conference of Young Professionals in Electron Devices and Materials (EDM) to the 100th anniversary of the legendary NETI rector Georgy Lyshchinsky (Республика Алтай, 2022 г.); 24-я Всероссийская молодежная конференция по Физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто-и наноэлектронике (Санкт-Петербург, 2022 г.); XXVII Международный симпозиум Нанофизика и Наноэлектроника (Нижний Новгород, 2023 г.); 14-я Международная Научно-практическая конференция по физике и технологии наногетероструктурной СВЧ электроники «МОКЕРОВСКИЕ ЧТЕНИЯ» (Москва, 2023 г.); 61-я Международная научная студенческая конференция (МНСК-2023) (Новосибирск, 2023 г.); X International Scientific Conference «ACTUAL PROBLEMS OF SOLID STATE

PHYSICS» (APSSP-2023) (Минск, Республика Беларусь, 2023 г.); Школа молодых ученых «Актуальные проблемы полупроводниковых наносистем» «АППН 2023» (Новосибирск,

2023 г.); 26-я Всероссийская молодежная конференция по Физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто-и наноэлектронике (Санкт-Петербург, 2024 г.); XXVIII международный симпозиум "Нанофизика и наноэлектроника" (Нижний Новгород,

2024 г.). Результаты, представленные в диссертации, опубликованы в 7 статьях в рецензируемых научных журналах [A1-A7], индексируемых в базах РИНЦ, Web of Science и Scopus.

Личный вклад автора.

Постановка цели и задач работы, а также обсуждение результатов осуществлялась автором диссертации совместно с научным руководителем. Проведение ростовых экспериментов на установке молекулярно-лучевой эпитаксии осуществлялось при непосредственном участии автора. Анализ и интерпретация полученных данных автором диссертации выполнены лично. Обсуждение результатов и подготовка публикаций проводились совместно с соавторами. Представление результатов исследований на научных мероприятиях осуществлялось автором диссертации. Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 132 наименований. Объем работы составляет 107 страниц. Работа содержит 2 таблицы и 37 рисунков.

1 Обзор литературы

1.1 Структуры пониженной размерности

Структуры пониженной размерности, или наноструктуры (квантовые ямы, квантовые нити и точки), стали одними из наиболее передовых и перспективных объектов современных исследований в области материаловедения и физики конденсированного состояния. В наноструктурах удалось обнаружить новые и необычные явления, такие как квантовый эффект Холла, квантование проводимости, кулоновская блокада, топологические эффекты, туннельное магнитосопротивление. Кроме того, наноструктуры все активнее применяются при создании различных устройств оптоэлектроники и электроники [8], спинтроники [9], биомедицины [10, 11] и катализа [12, 13].

Ключевой особенностью наноструктур является отличная электронная структура относительно объемного материала, что обусловлено изменением плотности состояний при понижении размерности. В случае квантовых ям (КЯ), нитей (КН) и точек (КТ), движение носителей заряда пространственно ограничено в одном, двух и трех измерениях, соответственно. Плотности состояний для электронов в объемном полупроводнике, в КЯ, КН и КТ выражаются как:

*

0(Е)2В=^в(Е-Ес)

0(Е)00 = 26(Е-ЕС)

Объем Квантовая яма Квантовая нить Квантовая точка

Рисунок 1. Плотность состояний для объемного полупроводника, а также в случае

квантовой ямы, нити и точки.

Схематическое изображение наноструктур и соответствующая плотность состояний с разрешенными уровнями энергии показаны на рисунке 1. При уменьшении размерности структуры до значений, сравнимых с длиной волны де Бройля для носителей заряда, плотность состояний и квантово-механические свойства таких структур в значительной степени меняются. При последовательном переходе от объема к КЯ параболическая зависимость сменяется ступенчатой, причем в каждой подзоне размерного квантования плотность является константой. При переходе от КЯ к КН плотность состояний принимает вид резких пиков, с обратной корневой зависимостью от энергии. В случае же КТ, плотность состояний является дискретной и представляет собой набор дельта функций. Модификация плотности состояний приводит к изменению электронных, оптических и термических свойств. 1.2 Эпитаксия

Получение наноструктур, как правило, осуществляется с использованием эпитаксиальных методов на сверхвысоковакуумных установках. Эпитаксия представляет собой процесс упорядоченного осаждения атомов или молекул на кристаллическую подложку с сохранением ориентации и периодичности кристаллической решётки

основания. Наиболее часто данный термин применяется для описания роста монокристаллических плёнок [14].

Исторически изучение эпитаксиального роста началось с работ Луи Ройе, который в 1920 году впервые ввёл понятие «эпитаксия» — от греческих слов «елх» (на) и «та^» (порядок) [15]. С тех пор были достигнуты значительные успехи в развитии методов эпитаксиального осаждения, что позволило осуществлять синтез кристаллических структур с атомарной точностью. В настоящее время к числу наиболее широко применяемых эпитаксиальных подходов для выращивания соединений Ш—У и других полупроводниковых материалов относятся: эпитаксия из жидкой фазы [16], эпитаксия из паровой фазы [17], молекулярно-лучевая эпитаксия [18], а также атомно-слоевое осаждение [19]. Каждый из этих методов имеет свои особенности, определяющие область его применения, диапазон температур, точность контроля состава и толщины образуемых слоёв.

1.2.1 Фундаментальные основы процесса эпитаксии

Рост эпитаксиальных пленок обычно происходит в условиях, далеких от равновесия. Тем не менее, помимо кинетических, термодинамические рассуждения не менее важны для качественного понимания механизмов эпитаксии. В частности, достаточно рассмотрения термодинамики фазовых переходов и кинетики реакций на поверхности. Эпитаксиальный рост кристаллов представляет собой пример динамического фазового перехода. Устойчивая фаза (эпитаксиальный слой) формируется из метастабильной фазы — аморфного твердого тела, расплава (или жидкого раствора) либо пара (включая особый случай роста из разреженного газового потока атомных или молекулярных пучков). Под фазой здесь подразумевается феноменологическое понятие, определяемое как гомогенная область, физически отличимая от других фаз. В эпитаксии рассматриваются парообразная, жидкая и различные твердые фазы. Термодинамический подход применительно к эпитаксии заключается в определении состава фаз в равновесной

системе при постоянных температуре и давлении. Равновесие соответствует состоянию системы с минимальной свободной энергией Гиббса С, которая выражается через энтальпию Н и энтропию Я:

в = Н — ТБ

где

Н = и + рУ

и и - внутренняя энергия, V - объем, р - давление, Т - температура. Для системы из двух фаз а и р полная свободная энергия записывается как:

6 = + 6(3

Условие равновесия двух фаз соблюдается при равенстве соответствующих химических

потенциалов ш (—):

дщ'

(—\ _ (—)Р - о

\дщ/ \дщ/

где п - число молей. Используя выражение для полного дифференциала термодинамического потенциала внутренней энергии йи = ТйБ — рdV и уравнение состояния для идеального газа рV = пИТ, при постоянной температуре полный дифференциал С выражается как:

йв = пКТй1п(р)

а химический потенциал для газа, состоящего из одинаковых частиц, принимает

вид:

д = + йПп(р/р°)

где ш° и р0 - химический потенциал и давление в стандартном состоянии. Для газа, состоящего из различных частиц:

к = ¡4 + ят1п(рМ)

где р1 - парциальное давление, равное мольной доле х^, умноженной на р,

Для идеальной жидкости или твердого соединения, соотношение р1/р10 заменяется на х¿/ х где х^ - это мольная часть 1-го соединения, а стандартному состоянию соответствует для соединения из частиц одного рода. В случае неидеального газа

заменяется на т.н. активность , где представляет собой коэффициент

неидеальности. Тогда химический потенциал записывается как:

И-1 = + ЙГ/п(а£)

Рассмотрим теперь простой процесс обмена, в котором частицы метастабильной фазы А и частицы твердой кристаллической фазы В (кристалл подложки или уже выращенный эпитаксиальный слой) переходят из одной фазы в другую и обратно:

А <=> В

Переходу А —>В и А <—В соответствует своя константа скорости к 1 и к_ 1. Для таких

переходов условию равновесия соответствует выражение:

+ ЯТ1п(а.д) = ц% + ЯТ1п(аев)

где активность при равновесии. Тогда

тб / Г,,о „о-

ал _____/ (Мв Мл) \ ,г

7®"

1В

аГе*Р(~~Й^) = К1 = к_ 1

Если система находится не в равновесии, термодинамической силой для восстановления равновесия является :

Дд = Дз + ЙГ/п(ав) — Ид — /?Г/п(ал) = КТ1п{а%ав / аАа%) Разница в химических потенциалах фаз А и В, которая количественно задается формулой выше, является движущей силой эпитаксии. В установках для эпитаксии намеренно создается неравновесная ситуация, которая побуждает систему к получению желаемого эпитаксиального слоя. Максимальное количество эпитаксиально выращенной твердой фазы зависит от намеренно созданного пересыщения метастабильной фазы. Однако зачастую кинетика, скорость, с которой протекают реакции, недостаточно быстра для

достижения равновесия во всей системе в любой момент времени. В этом случае скорость реакции (или скорость роста) является кинетически ограниченной. Десорбция

Рисунок 2. Схематическая диаграмма процессов зарождения и роста на подложке. Кинетика процесса эпитаксии может быть довольно сложной и, как правило, процесс роста состоит из множества последовательных этапов, как показано на рисунке 2. Атомы или молекулы из метастабильной фазы адсорбируются на растущую поверхность, после чего могут диффундировать, встроиться в узел кристаллической решетки растущего слоя, взаимодействовать с другими атомами на поверхности или десорбироваться обратно в метастабильную фазу. Все перечисленные процессы зачастую являются термически активируемыми и описываются уравнением Аррениуса с

характерным энергетическим барьером и предэкпоненциальным множителем .

Таким образом, эпитаксиальный рост можно представить как совместное проявление кинетических и термодинамических закономерностей. За счет кинетических процессов на поверхности, таких как адсорбция/десорбция атомов, их перемещение и формирование связей на поверхности, создается необходимое пересыщение в области роста. За счет пересыщения появляется термодинамическая сила для формирования эпитаксиального кристаллического слоя. 1.2.2 Классификация механизмов эпитаксиального роста

В 1958 году Эрнст Бауэр предложил термодинамический критерий для классификации механизмов эпитаксиального роста или мод роста [20]. В работе было получено выражение для равновесной формы кристалла на чужеродной подложке в зависимости от взаимосвязи удельных поверхностных энергий подложки ( ),

Встраивание А Адсорбция Диффузия Зарождение Рост

эпитаксиального слоя (у) и межфазной границы подложка-эпитаксиальный слой (у^). Изменение поверхностной энергии, определяемое как Ду = у + у^ — у5, связанное с формированием эпитаксиального слоя, фактически характеризует степень смачивания подложки материалом пленки. В случае неполного смачивания ( ) рост

осуществляется за счет образования и роста отдельных трехмерных (3D) островков — механизма, который Бауэр назвал ростом по механизму Вольмера-Вебера. При Ду < 0 и отсутствии несоответствия кристаллических решеток высота 3D-островков стремится к нулю, и вместо них формируются двумерные (2D) островки, что приводит к послойному росту, известному как рост по механизму Франка-Ван дер Мерве. Наконец, если Ду < 0 при ненулевом несоответствии решеток, рост начинается с образования смачивающего слоя, состоящего из нескольких монослоев пленки, за которым следует рост 3D-островков. Этот механизм известен как режим роста по механизму Странского-Крастанова.

(а)

(б) (в)

Рисунок 3. Схематическое изображение ростовой моды Франка-Ван дер Мерве (а),

Вольмера-Вебера (б) и Странского-Крастанова (в).

1.3 Полупроводниковые эпитаксиальные квантовые точки

18

Особенность КТ заключается в пространственном ограничении движения электронов во всех трех направлениях, что приводит к дискретной электронной структуре и энергетическим уровням, зависящим от размера КТ. Это обуславливает возможность создания на основе КТ приборов с широко перестраиваемым спектром поглощения света, узкой линией люминесценции, контролем над электронным транспортом и широкой настройкой химических и физических свойств, благодаря большому соотношению поверхности к объему. Вследствие КТ активно применяются в различных областях науки и техники, например в оптоэлектронике (In(Ga)As, CdSe) [21, 22], в биомедицине (CdSe, ZnS) [23], в фотовольтаике (PbS, CsPbX3) [24], в спинтронике (InAs, CdS) [25, 26]. Фундаментальные и прикладные исследования КТ ограничены возможностью их получения с заданным набором параметров (плотность, размер и его дисперсия). В данной главе рассмотрены основные способы и особенности формирования структур с КТ. Среди наиболее распространённых и доступных методов выделяют рост по механизму Странского-Крастанова и капельную эпитаксию. 1.3.1 Рост квантовых точек по механизму Странского-Крастанова

Рост КТ по механизму Странского-Крастанова относится к процессу гетероэпитаксии, когда растущая пленка осаждается на подложку чужеродного материала. Типичными примерами являются рост в системах Ge/Si, InAs/GaAs и InP/GaAs. В таком случае растущая пленка и подложка обладают различными значениями постоянной решетки, что приводит к накоплению упругих напряжений в пленке по мере увеличения ее толщины. При достижении критической толщины растущей пленки происходит преобразование двумерной пленки в трехмерные островки (т.н. 2D-3D переход).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Майдэбура Ян Евгеньевич, 2026 год

Список литературы

1. Adelmann C. et al. Nucleation and growth of GaN/ AlN quantum dots //Physical Review B— Condensed Matter and Materials Physics. - 2004. - Т. 70. - №. 12. - С. 125427.

2. Damilano B., Brault J., Massies J. Formation of GaN quantum dots by molecular beam epitaxy using NH3 as nitrogen source //Journal of Applied Physics. - 2015. - Т. 118. - №. 2.

3. Tamariz S., Callsen G., Grandjean N. Density control of GaN quantum dots on AlN single crystal //Applied Physics Letters. - 2019. - Т. 114. - №. 8.

4. Gherasimova M. et al. Droplet heteroepitaxy of GaN quantum dots by metal-organic chemical vapor deposition //Applied physics letters. - 2004. - Т. 85. - №. 12. - С. 2346-2348.

5. Lott H. Nanoscale GaN Epitaxy and Polytype Selection in Liquid-metal Mediated Environments and Writing-to-Learn in Materials Science and Engineering : дис. - 2023.

6. Gogneau N. et al. Structure of GaN quantum dots grown under "modified Stranski-Krastanow" conditions on AlN //Journal of Applied physics. - 2003. - Т. 94. - №. 4. - С. 22542261.

7. Mansurov V. et al. Evolution of the atomic and electronic structures during nitridation of the Si (1 1 1) surface under ammonia flux //Applied Surface Science. - 2022. - Т. 571. - С. 151276.

8. Leung S. F. et al. Light management with nanostructures for optoelectronic devices //The journal of physical chemistry letters. - 2014. - Т. 5. - №. 8. - С. 1479-1495.

9. Schmidt G., Gould C., Molenkamp L. W. Spintronics in semiconductor nanostructures //Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. - 2004. - Т. 25. - №. 2-3. - С. 150159.

10. Cobley C. M. et al. Gold nanostructures: a class of multifunctional materials for biomedical applications //Chemical Society Reviews. - 2011. - Т. 40. - №. 1. - С. 44-56.

11. Kulkarni M. et al. Titanium nanostructures for biomedical applications //Nanotechnology. -2015. - T. 26. - №. 6. - C. 062002.

12. Zaera F. Nanostructured materials for applications in heterogeneous catalysis //Chemical Society Reviews. - 2013. - T. 42. - №. 7. - C. 2746-2762.

13. Chng L. L., Erathodiyil N., Ying J. Y. Nanostructured catalysts for organic transformations //Accounts of chemical research. - 2013. - T. 46. - №. 8. - C. 1825-1837.

14. Orton J. W. The story of semiconductors. - OUP Oxford, 2008.

15. Stringfellow G. B. Organometallic vapor-phase epitaxy: theory and practice. - Elsevier, 1999.

16. Ghandhi S. K. VLSI fabrication principles: silicon and gallium arsenide. - John Wiley & Sons, 2008.

17. Bacic G., Hafner J. Handbook of Crystal Growth. Vol. II. Amsterdam: Elsevier, 2014.

18. Joyes P., Mollot F., Herlemont Y. Molecular beam epitaxy of III-V compounds // Molecular Crystals and Liquid Crystals. - 1999. - T. 340, - №. 1. - C. 403-410.

19. George S. M. Atomic layer deposition: an overview //Chemical reviews. - 2010. - T. 110. -№. 1. - C. 111-131.

20. Bauer E. Phänomenologische theorie der kristallabscheidung an oberflächen. II //Zeitschrift für Kristallographie-Crystalline Materials. - 1958. - T. 110. - №. 1-6. - C. 395-431.

21. Litvin A. P. et al. Colloidal quantum dots for optoelectronics //Journal of Materials Chemistry A. - 2017. - T. 5. - №. 26. - C. 13252-13275.

22. Bhattacharya P., Ghosh S., Stiff-Roberts A. D. Quantum dot opto-electronic devices //Annu. Rev. Mater. Res. - 2004. - T. 34. - №. 1. - C. 1-40.

23. Wang L. et al. Semiconducting quantum dots: Modification and applications in biomedical science //Sci. China Mater. - 2020. - T. 63. - №. 9. - C. 1631-1650.

24. Duan L. et al. Quantum dots for photovoltaics: a tale of two materials //Advanced Energy Materials. - 2021. - T. 11. - №. 20. - C. 2100354.

25. Ludwig A. et al. Electrical spin injection in InAs quantum dots at room temperature and adjustment of the emission wavelength for spintronic applications //Journal of crystal growth. -2011. - T. 323. - №. 1. - C. 376-379.

26. Awschalom D. D. et al. Quantum spintronics: engineering and manipulating atom-like spins in semiconductors //Science. - 2013. - T. 339. - №. 6124. - C. 1174-1179.

27. Shchukin V. A. et al. Spontaneous ordering of arrays of coherent strained islands //Physical Review Letters. - 1995. - T. 75. - №. 16. - C. 2968.

28. Chikyow T., Koguchi N. MBE growth method for pyramid-shaped GaAs micro crystals on ZnSe (001) surface using Ga droplets //Japanese journal of applied physics. - 1990. - T. 29. -№. 11A. - C. L2093.

29. Koguchi N., Takahashi S., Chikyow T. New MBE growth method for InSb quantum well boxes //Journal of crystal growth. - 1991. - T. 111. - №. 1-4. - C. 688-692.

30. Zinke-Allmang M., Feldman L. C., Grabow M. H. Clustering on surfaces //Surface Science Reports. - 1992. - T. 16. - №. 8. - C. 377-463.

31. Okumura H. et al. Growth and characterization of cubic GaN //Journal of crystal Growth. -1997. - T. 178. - №. 1-2. - C. 113-133.

32. Yang H., Brandt O., Ploog K. MBE growth of cubic GaN on GaAs substrates //physica status solidi (b). - 1996. - T. 194. - №. 1. - C. 109-120.

33. Frentrup M. et al. X-ray diffraction analysis of cubic zincblende III-nitrides //Journal of Physics D: Applied Physics. - 2017. - T. 50. - №. 43. - C. 433002.

34. Park S. I. et al. Measurement of internal electric field in GaN-based light-emitting diodes //IEEE Journal of Quantum Electronics. - 2012. - T. 48. - №. 4. - C. 500-506.

35. Leconte S. et al. Charge distribution and vertical electron transport through GaN/AlN/GaN single-barrier structures //Semiconductor science and technology. - 2006. - T. 22. - №. 2. - C. 107.

36. Müller-Caspary K. et al. Electrical polarization in AlN/GaN nanodisks measured by momentum-resolved 4D scanning transmission electron microscopy //Physical review letters. -2019. - T. 122. - №. 10. - C. 106102.

37. Takeuchi T. et al. Quantum-confined Stark effect due to piezoelectric fields in GaInN strained quantum wells //Japanese Journal of Applied Physics. - 1997. - T. 36. - №. 4A. - C. L382.

38. Deguchi T. D. T. et al. Quantum-confined stark effect in an AlGaN/GaN/AlGaN single quantum well structure //Japanese journal of applied physics. - 1999. - T. 38. - №. 8B. - C. L914.

39. Simon J. et al. Direct comparison of recombination dynamics in cubic and hexagonal GaN/AlN quantum dots //Physical Review B. - 2003. - T. 68. - №. 3. - C. 035312.

40. Bretagnon T. et al. Radiative lifetime of a single electron-hole pair in Ga N Al N quantum dots //Physical Review B—Condensed Matter and Materials Physics. - 2006. - T. 73. - №. 11. -C.113304.

41. Damilano B. et al. GaN and GaInN quantum dots: an efficient way to get luminescence in the visible spectrum range //Applied surface science. - 2000. - T. 164. - №. 1-4. - C. 241-245.

42. Widmann F. et al. Giant piezoelectric effect in GaN self-assembled quantum dots //microelectronics journal. - 1999. - T. 30. - №. 4-5. - C. 353-356.

43. Kako S. et al. Exciton and biexciton luminescence from single hexagonal GaN/AlN self-assembled quantum dots //Applied physics letters. - 2004. - T. 85. - №. 1. - C. 64-66.

44. Williams D. P. et al. Surface integral determination of built-in electric fields and analysis of exciton binding energies in nitride-based quantum dots //Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. - 2004. - T. 21. - №. 2-4. - C. 358-362.

45. Simeonov D. et al. Complex behavior of biexcitons in GaN quantum dots due to a giant built-in polarization field //Physical Review B—Condensed Matter and Materials Physics. -2008. - T. 77. - №. 7. - C. 075306.

46. Honig G. et al. Manifestation of unconventional biexciton states in quantum dots //Nature communications. - 2014. - T. 5. - №. 1. - C. 5721.

47. Tamariz S. et al. Toward bright and pure single photon emitters at 300 K based on GaN quantum dots on silicon //Acs Photonics. - 2020. - T. 7. - №. 6. - C. 1515-1522.

48. Daudin B. et al. Stranski-Krastanov growth mode during the molecular beam epitaxy of highly strained GaN //Physical Review B. - 1997. - T. 56. - №. 12. - C. R7069.

49. Widmann F. et al. Growth kinetics and optical properties of self-organized GaN quantum dots //Journal of Applied Physics. - 1998. - T. 83. - №. 12. - C. 7618-7624.

50. Adelmann C. et al. GaN islanding by spontaneous rearrangement of a strained two-dimensional layer on (0001) AlN //Applied physics letters. - 2002. - T. 81. - №. 16. - C. 30643066.

51. Daudin B. et al. Self-assembled GaN quantum dots grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy //Japanese Journal of Applied Physics. - 2001. - T. 40. - №. 3S. - C. 1892.

52. Brown J. et al. GaN quantum dot density control by rf-plasma molecular beam epitaxy //Applied physics letters. - 2004. - T. 84. - №. 5. - C. 690-692.

53. Koblmuller G. et al. Strain relaxation dependent island nucleation rates during the Stranski-Krastanow growth of GaN on AlN by molecular beam epitaxy //Applied physics letters. - 2008. - T. 93. - №. 24.

54. Damilano B. et al. From visible to white light emission by GaN quantum dots on Si (111) substrate //Applied physics letters. - 1999. - T. 75. - №. 7. - C. 962-964.

55. Kawasaki K. et al. GaN quantum-dot formation by self-assembling droplet epitaxy and application to single-electron transistors //Applied Physics Letters. - 2001. - T. 79. - №. 14. - C. 2243-2245.

56. Hu C. W. et al. Growth of self-assembled GaN quantum dots via the vapor-liquid-solid mechanism //Applied physics letters. - 2002. - T. 81. - №. 17. - C. 3236-3238.

57. Gherasimova M. et al. A nanocluster route to zero- and one- dimensional quantum structures by MOCVD //physica status solidi (c). - 2005. - Т. 2. - №. 7. - С. 2361-2364.

58. Debnath R. K. et al. Formation of GaN nanodots on Si (1 1 1) by droplet nitridation //Journal of crystal growth. - 2009. - Т. 311. - №. 13. - С. 3389-3394.

59. Lu H. et al. Mechanisms of GaN quantum dot formation during nitridation of Ga droplets //Applied Physics Letters. - 2020. - Т. 116. - №. 6.

60. Malin T. V. et al. Growth of AlGaN/GaN heterostructures with a two-dimensional electron gas on AlN/Al 2 O 3 substrates //Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing. - 2013. - Т. 49. - С. 429-433.

61. Hasegawa S. Reflection high-energy electron diffraction //Characterization of Materials. -2012. - Т. 97. - С. 1925-1938.

62. Ishizaka A., Shiraki Y. Low temperature surface cleaning of silicon and its application to silicon MBE//Journal of the Electrochemical Society. - 1986. - Т. 133. - №. 4. - С. 666.

63. Tamariz S., Martin D., Grandjean N. AlN grown on Si (1 1 1) by ammonia-molecular beam epitaxy in the 900-1200° C temperature range //Journal of Crystal Growth. - 2017. - Т. 476. -С. 58-63.

64. Mansurov V. G. et al. Van der Waals and Graphene-Like Layers of Silicon Nitride and Aluminum Nitride //2D Materials. - IntechOpen, 2018. - С. 31.

65. Mansurov V. et al. Evolution of the atomic and electronic structures during nitridation of the Si (1 1 1) surface under ammonia flux //Applied Surface Science. - 2022. - Т. 571. - С. 151276.

66. Мансуров В. Г. и др. Химическая кинетика процесса нитридизации поверхности Si (111) при температурах ниже структурного фазового перехода (7 * 7) ^ (1 * 1) //Физика и техника полупроводников. - 2024. - Т. 58. - №. 7. - С. 349-357.

67. Mansurov V. G. et al. Kinetics and thermodynamics of Si (111) surface nitridation in ammonia //Journal of Crystal Growth. - 2016. - Т. 441. - С. 12-17.

68. Zheng L. X., Xie M. H., Tong S. Y. Adsorption and desorption kinetics of gallium atoms on 6 H- SiC (0001) surfaces //Physical Review B. - 2000. - T. 61. - №. 7. - C. 4890.

69. He L. et al. Gallium desorption kinetics on (0001) GaN surface during the growth of GaN by molecular-beam epitaxy //Applied physics letters. - 2006. - T. 88. - №. 7.

70. Koblmuller G. et al. Direct observation of different equilibrium Ga adlayer coverages and their desorption kinetics on GaN (0001) and (0001) surfaces //Physical Review B. - 2004. - T. 69. - №. 3. - C. 035325.

71. Gogneau N. et al. Structure of GaN quantum dots grown under "modified Stranski-Krastanow" conditions on AlN //Journal of Applied physics. - 2003. - T. 94. - №. 4. - C. 22542261.

72. Burlakov V., Goriely A. Thermodynamic limit for particle monodispersity: How narrow can a particle size distribution be? //Europhysics Letters. - 2017. - T. 119. - №. 5. - C. 50001.

73. Latyshev A. V. et al. Transformations on clean Si (111) stepped surface during sublimation //Surface Science. - 1989. - T. 213. - №. 1. - C. 157-169.

74. Jo M. et al. Self-limiting growth of hexagonal and triangular quantum dots on (111) A //Crystal growth & design. - 2012. - T. 12. - №. 3. - C. 1411-1415.

75. Xie M. H. et al. Anisotropic step-flow growth and island growth of GaN (0001) by molecular beam epitaxy //Physical review letters. - 1999. - T. 82. - №. 13. - C. 2749.

76. Gurioli M. et al. Droplet epitaxy of semiconductor nanostructures for quantum photonic devices //Nature materials. - 2019. - T. 18. - №. 8. - C. 799-810.

77. Venables J. A. Rate equation approaches to thin film nucleation kinetics //Philosophical Magazine. - 1973. - T. 27. - №. 3. - C. 697-738.78. 10.1088/0034-4885/47/4/002

79. Blackman J. A., Mulheran P. A. Scaling behavior in submonolayer film growth: A one-dimensional model //Physical Review B. - 1996. - T. 54. - №. 16. - C. 11681.

80. Mulheran P. A., Blackman J. A. Capture zones and scaling in homogeneous thin-film growth //Physical review B. - 1996. - T. 53. - №. 15. - C. 10261.

81. Pimpinelli A., Einstein T. L. Capture-zone scaling in island nucleation: universal fluctuation behavior //Physical review letters. - 2007. - T. 99. - №. 22. - C. 226102.

82. Einstein T. L., Pimpinelli A., González D. L. Analyzing capture zone distributions (CZD) in growth: Theory and applications //Journal of crystal growth. - 2014. - T. 401. - C. 67-71.

83. Feuillet G. et al. Comparative study of hexagonal and cubic GaN growth by RF-MBE //Materials Science and Engineering: B. - 1997. - T. 50. - №. 1-3. - C. 233-237.

84. Xu S. J. et al. Comparative study on the broadening of exciton luminescence linewidth due to phonon in zinc-blende and wurtzite GaN epilayers //Applied physics letters. - 2002. - T. 81. -№. 23. - C. 4389-4391.

85. Fonoberov V. A., Balandin A. A. Excitonic properties of strained wurtzite and zinc-blende GaN/Al x Ga 1- x N quantum dots //Journal of Applied Physics. - 2003. - T. 94. - №. 11. - C. 7178-7186.

86. Schupp T. et al. Zinc-blende GaN quantum dots grown by vapor-liquid-solid condensation //Journal of crystal growth. - 2011. - T. 323. - №. 1. - C. 286-289.

87. Widmann F. et al. Blue-light emission from GaN self-assembled quantum dots due to giant piezoelectric effect //Physical Review B. - 1998. - T. 58. - №. 24. - C. R15989.

88. Aleksandrov I. A., Mansurov V. G., Zhuravlev K. S. Recombination processes in structures with GaN/ALN quantum dots //Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. -2016. - T. 75. - C. 309-316.

89. Passler R. Dispersion-related assessments of temperature dependences for the fundamental band gap of hexagonal GaN //Journal of Applied Physics. - 2001. - T. 90. - №. 8. - C. 39563964.

90. Jo J. et al. Real-time characterization using in situ RHEED transmission mode and TEM for investigation of the growth behaviour of nanomaterials //Scientific reports. - 2018. - T. 8. - №. 1. - C. 1694.

91. Cho S. I., Chang K., Kwon M. S. Strain analysis of a GaN epilayer grown on a c-plane sapphire substrate with different growth times //Journal of materials science. - 2007. - Т. 42. -С. 3569-3572.

92. Mansurov V. G. et al. Formation of a graphene-like SiN layer on the surface Si (111) //Semiconductors. - 2018. - Т. 52. - С. 1511-1517.

93. Milakhin D. et al. Tackling residual tensile stress in AlN-on-Si nucleation layers via the controlled Si (111) surface nitridation //Surfaces and Interfaces. - 2024. - Т. 51. - С. 104817.

94. Funato M. et al. Six-bilayer periodic structures in GaN grown on GaAs (001) //Applied Physics Letters. - 2000. - Т. 76. - №. 3. - С. 330-332.

95. Funato M., Fujita S., Fujita S. Formation mechanism and energy levels of GaN six-bilayer periodic structures grown on GaAs (001) //Physical Review B. - 2001. - Т. 63. - №. 16. - С. 165319.

96. Jepps N. W., Page T. F. Polytypic transformations in silicon carbide //Progress in crystal growth and characterization. - 1983. - Т. 7. - №. 1-4. - С. 259-307.

97. Jo J. et al. High- Resolution Observation of Nucleation and Growth Behavior of Nanomaterials Using a Graphene Template //Advanced Materials. - 2014. - Т. 26. - №. 13. - С. 2011-2015.

98. Martensson E. K. et al. Simulation of GaAs nanowire growth and crystal structure //Nano letters. - 2019. - Т. 19. - №. 2. - С. 1197-1203.

99. Johansson J., Zanolli Z., Dick K. A. Polytype attainability in III-V semiconductor nanowires //Crystal growth & design. - 2016. - Т. 16. - №. 1. - С. 371-379.

100. Дубровский В. Г. Физические следствия эквивалентности условий стационарного роста нитевидных нанокристаллов и нуклеации на тройной линии //Письма в ЖТФ. -2011. - Т. 37. - №. 2. - С. 1-11.

101. Glas F., Harmand J. C., Patriarche G. Why does wurtzite form in nanowires of III-V zinc blende semiconductors? //Physical review letters. - 2007. - Т. 99. - №. 14. - С. 146101.

102. Sibirev N. V. et al. Surface energy and crystal structure of nanowhiskers of III-V semiconductor compounds //Physics of the Solid State. - 2010. - T. 52. - C. 1531-1538.

103. Li H. et al. Computing equilibrium shapes of wurtzite crystals: the example of GaN //Physical review letters. - 2015. - T. 115. - №. 8. - C. 085503.

104. Dreyer C. E., Janotti A., Van de Walle C. G. Absolute surface energies of polar and nonpolar planes of GaN //Physical Review B. - 2014. - T. 89. - №. 8. - C. 081305.

105. Akiyama T. et al. Modified approach for calculating individual energies of polar and semipolar surfaces of group-III nitrides //Physical Review Materials. - 2019. - T. 3. - №. 2. - C. 023401.

106. Zhang J. et al. Surface energy calculations from Zinc blende (111)/(-1-1-1) to Wurtzite (0001)/(000-1): a study of ZnO and GaN //arXiv preprint arXiv:1510.08961. - 2015.

107. Chugh M, Ranganathan M. Surface energy and surface stress of polar GaN (0001) //Applied Surface Science. - 20221. - T. 556. - C. 150627.

108. Dubrovskii V. G. Nucleation theory and growth of nanostructures. - Berlin : Springer, 2014. - C. 601.

109. Dubrovskii V. G. et al. Growth kinetics and crystal structure of semiconductor nanowires //Physical Review B—Condensed Matter and Materials Physics. - 2008. - T. 78. - №. 23. - C. 235301.

110. Uchida K. et al. Nitridation process of sapphire substrate surface and its effect on the growth of GaN //Journal of applied physics. - 1996. - T. 79. - №. 7. - C. 3487-3491.

111. Grandjean N. et al. Gas source molecular beam epitaxy of wurtzite GaN on sapphire substrates using GaN buffer layers //Applied physics letters. - 1997. - T. 71. - №. 2. - C. 240242.

112. Yeadon M. et al. In situ transmission electron microscopy of AlN growth by nitridation of (0001) a-Al 2 O 3 //Journal of applied physics. - 1998. - T. 83. - №. 5. - C. 2847-2850.

113. Yamaguchi T. et al. Effect of sapphire substrate nitridation on determining rotation domain in GaN growth //Journal of crystal growth. - 2002. - T. 237. - C. 993-997.

114. Masu K. et al. Transmission electron microscopic observation of AlN/a-Al2O3 heteroepitaxial interface with initial-nitriding AlN layer //Japanese journal of applied physics. -1995. - T. 34. - №. 6B. - C. L760.

115. Malin T. V. et al. Effect of the sapphire-nitridation level and nucleation-layer enrichment with aluminum on the structural properties of AlN layers //Semiconductors. - 2018. - T. 52. - C. 789-796.

116. Fernández-Garrido S. et al. In situ GaN decomposition analysis by quadrupole mass spectrometry and reflection high-energy electron diffraction //Journal of applied physics. - 2008.

- T. 104. - №. 3.

117. Sang L. et al. Band offsets of non-polar A-plane GaN/AlN and AlN/GaN heterostructures measured by X-ray photoemission spectroscopy //Nanoscale Research Letters. - 2014. - T. 9. -C. 1-5.

118. Krawczyk M. et al. Energy dependence of electron inelastic mean free paths in bulk GaN crystals //Surface science. - 2004. - T. 566. - C. 1234-1239.

119. Tersoff J., Tromp R. M. Shape transition in growth of strained islands: Spontaneous formation of quantum wires //Physical review letters. - 1993. - T. 70. - №. 18. - C. 2782.

120. Daruka I., Barabási A. L. Dislocation-free island formation in heteroepitaxial growth: a study at equilibrium //Physical Review Letters. - 1997. - T. 79. - №. 19. - C. 3708.

121. Mariette H. Formation of self-assembled quantum dots induced by the Stranski-Krastanow transition: a comparison of various semiconductor systems //Comptes Rendus Physique. - 2005.

- T. 6. - №. 1. - C. 23-32.

122. Müller P., Kern R. The physical origin of the two-dimensional towards three-dimensional coherent epitaxial Stranski-Krastanov transition //Applied surface science. - 1996. - T. 102. - C. 6-11.

123. Aoiz F. J. et al. Classical dynamics calculations for the F+ H2^ HF+ H reaction on two recent potential energy surfaces //Chemical physics letters. - 1994. - T. 218. - №. 5-6. - C. 422432.

124. Northrup J. E., Neugebauer J. Theory of GaN (10 1" 0) and (11 2" 0) surfaces //Physical Review B. - 1996. - T. 53. - №. 16. - C. R10477.

125. Motagamwala A. H., Dumesic J. A. Microkinetic modeling: a tool for rational catalyst design //Chemical Reviews. - 2020. - T. 121. - №. 2. - C. 1049-1076.

126. Bermudez V. M. The fundamental surface science of wurtzite gallium nitride //Surface Science Reports. - 2017. - T. 72. - №. 4. - C. 147-315.

127. Campbell C. T., Arnadottir L., Sellers J. R. V. Kinetic prefactors of reactions on solid surfaces //Zeitschrift für Physikalische Chemie. - 2013. - T. 227. - №. 11. - C. 1435-1454.

128. Campbell C. T., Sellers J. R. V. The entropies of adsorbed molecules //Journal of the American Chemical Society. - 2012. - T. 134. - №. 43. - C. 18109-18115.

129. Campbell C. T., Sun Y. K., Weinberg W. H. Trends in preexponential factors and activation energies in dehydrogenation and dissociation of adsorbed species //Chemical physics letters. -1991. - T. 179. - №. 1-2. - C. 53-57.

130. Wicks G. W., Koch M. W., Pedrazzani J. R. Studies of ammonia dissociation during the gas source molecular-beam epitaxial growth of III nitrides //Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures Processing, Measurement, and Phenomena. - 2005. - T. 23. - №. 3. - C. 1186-1189.

131. McGinnis A. J. et al. Kinetics and gas-surface dynamics of GaN homoepitaxial growth using NH3-seeded supersonic molecular beams //Surface science. - 2001. - T. 494. - №. 1. - C. 28-42.

132. Baranov P. G. et al. Current status of GaN crystal growth by sublimation sandwich technique //Materials Research Society Internet Journal of Nitride Semiconductor Research. -1998. - T. 3. - C. e50.