Karolina Danuta Pągowska
description
Transcript of Karolina Danuta Pągowska
1
Karolina Danuta Pągowska
Instytut Problemów Jądrowych
Od warstwy epitaksjalnej poprzez heterostruktury do
przyrządów optoelektronicznych
2
Znaczenie związków półprzewodnikowych III-V Wytwarzanie warstw czyli epitaksja i wzrost
epitaksjalny Techniki wzrostu warstw: MOCVD i MBE Metody charakteryzacji:
• HRXRD• TEM• RBS/channeling
Przykłady
Plan seminarium
3
Związki półprzewodnikowe III-V są wykorzystywane do wytwarzania
nowoczesnych przyrządów półprzewodnikowych dla
mikro- i optoelektroniki.
Znaczenie związków III-V
4
Związki grup III-V III
V
III-NGaN,
AlGaN,InGaN
5
Zakresy widmowy
652
Physics of light emission
7
Przerwa energetyczna prosta i skośna
852
Typical applications of semiconductor laser diodes
952
Laser diodes convert an electrical signal to light
GaN
1052
How do they work ?
11
The quantum well
z
Electron confinement on z-axis
12
13
Low dimensional structures
Quantum Wire1D
Quantum Dot0 D
Quantum Well 2D
14
Self-organization processes during epitaxial growth
Small misfit Large misfitIntermediate
misfit
Layer by layer gowth
(Frank - van der Merwe)
Island growth
(Vollmer – Weber)
Layer plus island growth
(Stransky – Krastanow)
15
Strained lattice-mismatched heterostructure
Misfit f = (as-af)/as
f(InAs/GaAs) = 7.1%f(Si/Ge) = 4.0 %f(AlAs/GaAs) = 0.1%
16
Lattice Parameter vs. Bandgap for III-V Compound Semiconductors
1752
Material systems: active layer/barier layers
Useful wavelengthrange (μm)
GaAs/ AlxGa1-xAs
GaAs/ InxGa1-xP
InyGa1-yAs/ InxGa1-P
InxGa1-xAsyP1-y/InP
InxGa1-xN/GaN
0.80 - 0.90
0.90 – 1.00
0.85 - 1.10
0.92 - 1.70
0.35 - 1.10
Materials systems for light sources
Best developed system at present
Most important systems in present
18
Epitaksja
Epitaksja z języka greckiego (epi + taxia = położony na)
Epitaksja to technika półprzewodnikowa wzrostu nowych warstw monokryształu na istniejącym podłożu krystalicznym, która powiela układ istniejącej sieci krystalicznej podłoża.
Monokryształ – materiał będący w całości jednym kryształem (np. kryształ cukru, soli, półprzewodnika).
19
Epitaksja
Epitaksja jest procesem tworzenia pojedynczych warstw monokryształu na monokrystalicznych podłożu.
• Gdy warstwa epitaksjalna i podłoże stanowią dokładnie taki sam materiał to proces epitaksji nazywamy homoepitaksją.
• Gdy warstwa epitaksjalna różni się od podłoża w jakikolwiek sposób to proces taki nazywamy heteroepitaksją.
20
Principle of MetalOxide Chemical Vapour DepositionM O C V D
MOCVD (Metalorganic Chemical Vapor Deposition)MOVPE (Metalorganic Vapor Phase Epitaxy)
21
MBE – Molecular Beam Epitaxy
22
Podstawowe metody charakteryzacji heterostruktur
1. HRXRD2. RBS/channeling3. TEM
23
Basics of X-ray Characterization
Incident X-ray beam conditioned in wavelength and divergence Diffracted X-ray beam
2dsin
Dla półprzewodników takich jak (Si, Ge) stałą sieci jesteśmy w stanie
wyznaczyć z dokładnością 10-7.
Natomiast dla związków półprzewodnikowych takich jak (GaAs, InP)
dokładność ta wynosi 10-5.
24
RBS – to skrót pochodzący od angielskiej nazwy metody Rutherford Backscattering Spectrometry (rozpraszanie jonów wstecz)
Jest to metoda mikroanalizy jądrowej służąca do badania warstw powierzchniowych materiałów.
Co to jest RBS?
25
x0
- O- Si
4He+, 2 MeV
x0
Si SiO2
Energia
Głębokość
Licz
ba c
ząst
ek r
ozpr
oszo
nych
x0
Podstawy Rutherford Backscattering Spectrometry
26
Channel number
300 400 500 600 700 800
Bac
ksca
tter
ing
yiel
d
0
2000
4000
6000RUMPrandomaligned
InxG
a1-
xAs 1
-yP
1-y
InP
10 x (Λ = 53 nm)
Capping layer
InP
su
bst
rate
Superlattice 10xInP/In0.54Ga0.46As0.94P0.06
27
Kanałowanie jonów
28
Analiza rozkładu defektów przy użyciu kanałowania jonów
29
Random and aligned RBS/channeling spectra for Al0.4Ga0.6N/GaN structure with 500 nm thick SBL (only the potion of spectrum due to the
scattering by Ga atoms is shown).
30
Depth distributions of displaced lattice atoms due to the dislocation formation in both epilayers deduced from spectra.
31
TRANSMISYJNY MIKROSKOP ELEKTRONOWY (TEM)
działo elektronowe (wyrzutnia elektronów)
kondensor – układ soczewek skupiających elektrony
komora preparatuobiektyw – tworzy obraz rzeczywisty, odwrócony, powiększony
system rejestracji obrazu – klisza fotograficzna, kamera TV, matryca CCD
ekran – materiał świecącyw wyniku bombardowaniaelektronami np. siarczek cynku
soczewki pośrednie i projekcyjna– powiększają i rzutują obraz utworzony przez obiektyw
32
Obrazy TEM
33
Obrazy TEM
34
Depth distributions of displaced lattice atoms due to the dislocation formation in both epilayers deduced from spectra.
35
Związki półprzewodnikowe grup III-V to materiały na bazie, których wytwarzane są współczesne urządzenia mikro- i optoelektroniczne.
Należy jednak pamiętać, że nie tylko wytworzenie ale, także charakteryzacja takich materiałów daje dopiero pracujący przyrząd.
Podsumowanie