1 / 35

Karolina Danuta Pągowska

Instytut Problemów Jądrowych. Od warstwy epitaksjalnej poprzez heterostruktury do przyrządów optoelektronicznych. Karolina Danuta Pągowska. Plan seminarium. Znaczenie związków półprzewodnikowych III-V Wytwarzanie warstw czyli epitaksja i wzrost epitaksjalny

sharne
Download Presentation

Karolina Danuta Pągowska

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Instytut Problemów Jądrowych Od warstwy epitaksjalnej poprzez heterostruktury do przyrządów optoelektronicznych Karolina Danuta Pągowska

  2. Plan seminarium • 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 

  3. Znaczenie związków III-V Związki półprzewodnikowe III-V są wykorzystywane do wytwarzania nowoczesnych przyrządów półprzewodnikowych dla mikro- i optoelektroniki.

  4. III Związki grup III-V V III-N GaN, AlGaN, InGaN

  5. Zakresy widmowy

  6. Physics of light emission

  7. Przerwa energetyczna prosta i skośna

  8. Typical applications of semiconductor laser diodes

  9. Laser diodes convert an electrical signal to light GaN

  10. How do they work ?

  11. z The quantum well Electron confinement on z-axis

  12. Quantum Well 2D Quantum Wire 1D Quantum Dot 0 D Low dimensional structures

  13. Layer by layer gowth (Frank - van der Merwe) Island growth (Vollmer – Weber) Layer plus island growth (Stransky – Krastanow) Self-organization processes during epitaxial growth Intermediate misfit Small misfit Large misfit

  14. Strained lattice-mismatched heterostructure • Misfit f = (as-af)/asf(InAs/GaAs) = 7.1%f(Si/Ge) = 4.0 %f(AlAs/GaAs) = 0.1%

  15. Lattice Parameter vs. Bandgap for III-V Compound Semiconductors

  16. Material systems: active layer/ barier layers Useful wavelength range (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

  17. 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).

  18. 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.

  19. Principle of MetalOxide Chemical Vapour Deposition M O C V D MOCVD (Metalorganic Chemical Vapor Deposition) MOVPE (Metalorganic Vapor Phase Epitaxy)

  20. MBE – Molecular Beam Epitaxy

  21. Podstawowe metody charakteryzacji heterostruktur • HRXRD • RBS/channeling • TEM

  22.  Basics of X-ray Characterization Incident X-ray beam conditioned in wavelength and divergence Dq 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.

  23. 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?

  24. x0 Podstawy Rutherford Backscattering Spectrometry Liczba cząstek rozproszonych x0 Energia Głębokość 4He+, 2 MeV Si SiO2 x0 - O - Si

  25. InP substrate InxGa1-xAs1-yP1-y InP 10 x (Λ = 53 nm) Capping layer Superlattice 10xInP/In0.54Ga0.46As0.94P0.06

  26. Kanałowanie jonów

  27. Analiza rozkładu defektów przy użyciu kanałowania jonów

  28. 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).

  29. Depth distributions of displaced lattice atoms due to the dislocation formation in both epilayers deduced from spectra.

  30. TRANSMISYJNY MIKROSKOP ELEKTRONOWY (TEM) działo elektronowe (wyrzutnia elektronów) kondensor –układ soczewek skupiających elektrony obiektyw –tworzy obraz rzeczywisty, odwrócony, powiększony komora preparatu soczewki pośrednie i projekcyjna –powiększają i rzutują obraz utworzony przez obiektyw ekran – materiał świecący w wyniku bombardowania elektronami np. siarczek cynku system rejestracji obrazu –klisza fotograficzna, kamera TV, matryca CCD

  31. Obrazy TEM

  32. Obrazy TEM

  33. Depth distributions of displaced lattice atoms due to the dislocation formation in both epilayers deduced from spectra.

  34. Podsumowanie 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.

More Related