Fizyka, technologia oraz modelowanie wzrostu kryształów Epitaksja z fazy gazowej

Podobne dokumenty
Fizyka, technologia oraz modelowanie wzrostu kryształów

Fizyka i technologia wzrostu kryształów

Wzrost kryształów objętościowych i warstw epitaksjalnych- informacje wstępne. Michał Leszczyński. Instytut Wysokich Ciśnień PAN UNIPRESS i TopGaN

Fizyka, technologia oraz modelowanie wzrostu kryształów. II. semestr Wstęp. 16 luty 2010

InTechFun. Innowacyjne technologie wielofunkcyjnych materiałów i struktur dla nanoelektroniki, fotoniki, spintroniki i technik sensorowych

Wytwarzanie niskowymiarowych struktur półprzewodnikowych

Metody wytwarzania elementów półprzewodnikowych

III. METODY OTRZYMYWANIA MATERIAŁÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH Janusz Adamowski

Z.R. Żytkiewicz IF PAN I Konferencja. InTechFun

Fizyka, technologia oraz modelowanie wzrostu kryształów Dyfrakcja i Reflektometria Rentgenowska

Azotkowe diody laserowe na podłożach GaN o zmiennym zorientowaniu

Cienkie warstwy. Podstawy fizyczne Wytwarzanie Właściwości Zastosowania. Co to jest cienka warstwa?

Kształtowanie przestrzenne struktur AlGaInN jako klucz do nowych generacji przyrządów optoelektronicznych

Elementy technologii mikroelementów i mikrosystemów. USF_3 Technologia_A M.Kujawińska, T.Kozacki, M.Jóżwik 3-1

Charakteryzacja właściwości elektronowych i optycznych struktur AlGaN GaN Dagmara Pundyk

Fizyka i technologia wzrostu kryształów

Epitaksja z fazy ciekłej (LPE)

Epitaksja z fazy ciekłej (LPE)

Dyslokacje w kryształach. ach. Keshra Sangwal Zakład Fizyki Stosowanej, Instytut Fizyki Politechnika Lubelska

Dyslokacje w kryształach. ach. Keshra Sangwal, Politechnika Lubelska. Literatura

Wpływ defektów punktowych i liniowych na własności węglika krzemu SiC

zasięg koherencji dla warstw nadprzewodzących długość fali de Broglie a w przypadku warstw dielektrycznych.

Opracowanie nowych koncepcji emiterów azotkowych ( nm) w celu ich wykorzystania w sensorach chemicznych, biologicznych i medycznych.

Materiały w optoelektronice

Lateralny wzrost epitaksjalny (ELO)

Fizyka, technologia oraz modelowanie wzrostu kryształów

Co to jest cienka warstwa?

Lateralny wzrost epitaksjalny (ELO)

Synteza Nanoproszków Metody Chemiczne II

ROZDZIAŁ 4. Polskie diody laserowe do wysokoczułych sensorów ditlenku azotu

Co to jest kropka kwantowa? Kropki kwantowe - część I otrzymywanie. Co to jest ekscyton? Co to jest ekscyton? e πε. E = n. Sebastian Maćkowski

Fizyka i technologia wzrostu kryształów

Wykład 12 V = 4 km/s E 0 =.08 e V e = = 1 Å

Jak TO działa? Co to są półprzewodniki? TRENDY: Prawo Moore a. Google: Jacek Szczytko Login: student Hasło: *******

Badania wybranych nanostruktur SnO 2 w aspekcie zastosowań sensorowych

Co to jest cienka warstwa?

Epitaksja - zagadnienia podstawowe

Osadzanie z fazy gazowej

Zjawiska powierzchniowe

Układy cienkowarstwowe cz. II

V Konferencja Kwantowe Nanostruktury Półprzewodnikowe do Zastosowań w Biologii i Medycynie PROGRAM

Elementy technologii mikroelementów i mikrosystemów. Typowe wymagania klasy czystości: 1000/100 (technologie 3 µm)

Fizyka, technologia oraz modelowanie wzrostu kryształów

Fizyka, technologia oraz modelowanie wzrostu kryształów

Załącznik nr 1. Projekty struktur falowodowych

PL B1. INSTYTUT TECHNOLOGII ELEKTRONOWEJ, Warszawa, PL INSTYTUT FIZYKI POLSKIEJ AKADEMII NAUK, Warszawa, PL

Domieszkowanie półprzewodników

(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

Wykład 8. Przemiany zachodzące w stopach żelaza z węglem. Przemiany zachodzące podczas nagrzewania

Materiały fotoniczne

Epitaksja metodą wiązek molekularnych (MBE)

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

CERAMIKI PRZEZROCZYSTE

WPŁYW TRAWIENIA PODŁOŻY 4H-SiC NA EPITAKSJĘ GaN

Struktura CMOS PMOS NMOS. metal I. metal II. warstwy izolacyjne (CVD) kontakt PWELL NWELL. tlenek polowy (utlenianie podłoża) podłoże P

Samopropagująca synteza spaleniowa

Badanie uporządkowania magnetycznego w ultracienkich warstwach kobaltu w pobliżu reorientacji spinowej.

Wzrost objętościowy z fazy gazowej. Krzysztof Grasza

Nauka o Materiałach. Wykład XI. Właściwości cieplne. Jerzy Lis

Poprawa charakterystyk promieniowania diod laserowych dużej mocy poprzez zastosowanie struktur periodycznych w płaszczyźnie złącza

Technologia planarna

Zastosowanie struktur epitaksjalnych półprzewodników na świecie i w Polsce

TECHNOLOGIA WYKONANIA PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWOD- NIKOWYCH WYK. 16 SMK Na pdstw.: W. Marciniak, WNT 1987: Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone,

Epitaksja metodą wiązek molekularnych (MBE)

OPTYMALIZACJA EFEKTÓW ROZDZIELANIA W KOLUMNACH KAPILARNYCH DOBÓR PRĘDKOŚCI PRZEPŁYWU GAZU

CHROMATOGRAFIA II 18. ANALIZA ILOŚCIOWA METODĄ KALIBRACJI

Fizyka, technologia oraz modelowanie wzrostu kryształów. Metody optyczne w badaniach półprzewodników Przykładami różnymi zilustrowane

Struktura CMOS Click to edit Master title style

1. Wymagane parametry techniczne

1. Kryształy jonowe omówić oddziaływania w kryształach jonowych oraz typy struktur jonowych.

Fizyka i technologia złącza PN. Adam Drózd r.

Politechnika Gdańska, Inżynieria Biomedyczna. Przedmiot: BIOMATERIAŁY. Metody pasywacji powierzchni biomateriałów. Dr inż. Agnieszka Ossowska

EPITAKSJA MOVPE AZOTKOW III GRUPY UKŁADU OKRESOWEGO - GŁÓWNE PROBLEMY TECHNOLOGICZNE

Repeta z wykładu nr 3. Detekcja światła. Struktura krystaliczna. Plan na dzisiaj

Epitaksja węglika krzemu metodą CVD

Technologia wzrostu epitaksjalnego struktur azotkowych oraz badanie własności optycznych i elektrycznych niebieskich diod LED i LD

WYTWARZANIE HETEROSTRUKTUR InP/InGaAs METODĄ EPITAKSJI Z FAZY GAZOWEJ Z UŻYCIEM METALOORGANIKI (MOVPE)

Studnia kwantowa. Optyka nanostruktur. Studnia kwantowa. Gęstość stanów. Sebastian Maćkowski

ogromna liczba małych cząsteczek, doskonale elastycznych, poruszających się we wszystkich kierunkach, tory prostoliniowe, kierunek ruchu zmienia się

DEFEKTY STRUKTURY KRYSTALICZNEJ. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

ROZDZIELENIE OD PODSTAW czyli wszystko (?) O KOLUMNIE CHROMATOGRAFICZNEJ

Integralność konstrukcji

Ćwiczenie IX KATALITYCZNY ROZKŁAD WODY UTLENIONEJ

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA, Kraków, PL INSTYTUT WYSOKICH CIŚNIEŃ PAN, Warszawa, PL

Ćw. 5 Oznaczanie węglowodorów lekkich w powietrzu atmosferycznym

dr Rafał Szukiewicz WROCŁAWSKIE CENTRUM BADAŃ EIT+ WYDZIAŁ FIZYKI I ASTRONOMI UWr

Technika próżni / Andrzej Hałas. Wrocław, Spis treści. Od autora 9. Wprowadzenie 11. Wykaz ważniejszych oznaczeń 13

Krzysztof Gosiewski, Anna Pawlaczyk-Kurek

NIEKTÓRE DEFEKTY OBSERWOWANE W HOMOEPITAKSJALNYGH WARSTWACH KRZEMO SPIEKANE PODKŁADKI KOMPENSACYJNE WNICu IDO TYRYSTORÓW MAŁEJ MOCY

Materiałoznawstwo optyczne CERAMIKA OPTYCZNA

(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

WYKŁAD 6 Dr hab. inż. Karol Malecha, prof. Uczelni

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

Położenie pasma przewodnictwa oraz walencyjnego w nienaprężonych i naprężonych związkach półprzewodnikowych

PL B1. POLITECHNIKA ŁÓDZKA, Łódź, PL

Rezonatory ze zwierciadłem Bragga

prędkości przy przepływie przez kanał

Statyka Cieczy i Gazów. Temat : Podstawy teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał

Podstawy elektrochemii

Transkrypt:

Fizyka, technologia oraz modelowanie wzrostu kryształów Epitaksja z fazy gazowej Michał Leszczyński Wykład 2 godz./tydzień wtorek 9.00 11.00 Interdyscyplinarne Centrum Modelowania UW, Siedziba A, Sala Konferencyjna, ul. Pawińskiego 5a, blok D, V piętro Stanisław Krukowski i Michał Leszczyński Instytut Wysokich Ciśnień PAN 01-142 Warszawa, ul Sokołowska 29/37 tel: 88 80 244 e-mail: stach@unipress.waw.pl, mike@unipress.waw.pl Zbigniew R. Żytkiewicz Instytut Fizyki PAN 02-668 Warszawa, Al. Lotników 32/46 tel: 843 66 01 ext. 3363 E-mail: zytkie@ifpan.edu.pl http://www.icm.edu.pl/web/guest/edukacja http://www.unipress.waw.pl/~stach/wyklad_ptwk_2011

EPITAKSJA MOVPE WARSTW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH Michał Leszczyński Instytut Wysokich Ciśnień PAN i TopGaN W-wa 13marca 2012

1977- Russel Dupuis pokazuje warstwy epi wysokiej jakości (arsenkowe) Producenci sprzętu MOVPE: Nippon Sanso 450 systems since 1983 Thomas Swan (Aixtron): 240 systems since 1983 AIXTRON since 1983 (sale in 2005: 140 mln Euro) EMCORE (Veeco since 2005): 500 systems since 1984 2000-2500 systemów worldwide (9 w Polsce)

Co chcemy wyhodować? Np., diodę laserową p-al0.3 GaN (10 nm) p-gan (50 nm) p-gan/p-al n-gan/al n-gan (140 nm) 0.16 0.16 (26 Ĺ / 26 Ĺ) * 80 SL p-gan (70 nm) GaN ( 29 Ĺ / 29Ĺ )*110 SL GaN In 0.04 GaN:Si (8 nm) In10% GaN /In 4% GaN:Mg (45 Ĺ / 80 Ĺ) * 5 MQW GaN:Si (530 nm) bulk n-gan

CVD- chemical vapour deposition

Maksymalna szybkość wzrostu Stochiometria i wbudowywanie się domieszek Skład związków stopowych Rekonstrukcja powierzchni Hydrodynamika- warstwy graniczne, zamknięte rolki gazu, martwe objętości Profil temperatury w okolicy podłoża Procesy transportu masy i ich szybkości dyfuzja i konwekcja Materiałźródłowy transportowany do interfejsu transport produktów od interfejsu Wpływ ścianek reaktora ***********

Rekonstrukcje powierzchni Wielkość stopni i ich rozmieszczenie Powstawanie kinków Dyfuzja powierzchniowa również anizotropia spowodowana rekonstrukcją Dwuwymiarowe zarodkowanie Trzywymiarowe zarodkowanie chropowacenie powierzchni Dyfuzja w ciele stałym skrajnie powolna Dyfuzja w kilku monowarstwach przy powierzchni może być szybsza *********

Jednorodne w fazie gazowej Powstawanie stabilnych substancji transportowanych w gazie (adduct) Pyroliza prekursorów i adductów Złożone reakcje między rodnikami Niejednorodne na powierzchni próbki Adsorpcja i desorpcja prekursorów i związków pośrednich Pyroliza i złożone reakcje z udziałem rodników Desorpcja produktów *******

Plan dzisiejszego wykładu Układ doprowadzania gazów (oczyszczalniki, system dozowania gazów) Reaktory MOCVD (MOVPE) Wzrost warstw - Problemy niedopasowania sieciowego - Wybrane warunki wzrostu (T, przepływy reagentów, itd.) - Rezultaty (morfologia, skład chemiczny, itd.)

MOVPE-metalorganic chemical vapour phase epitaxy A(CH 3 ) 3 +BH 3 AB+3CH4 A= Ga, In, Al, B=N, As, P

Oczyszczalniki gazów Palladowy oczyszczalnik wodoru

Oczyszczalniki getterujące Bazujące na stopach Zr Oczyszczanie N2, H2 Oraz NH3, SiH4, AsH3, PH3, i in. Z O2, CO2, CO, CH4, CF4, CCl4, NO i in. Do poziomu ppb Koszt oczyszczania: około o 1 Euro/sl

Bubblery TMGa, TMIn, TMAl,, Cp2Mg, Cp2Fe, DMZn, N(C H 4 9 )H i 2, in. )H 2, gaz nośny MFC1 MFC2 do zaworów RUN- VENT III PC bubbler T, p

Podstawowe elementy ukladu gazowego: MFC (Mass-flow controllers), PC (Pressure controllers), Zawory, rurki elektropolerowane wewnętrznie

Dozowanie gazów w do reaktora MFC1 Linia VENT V gaz nośny NO NO Linia RUN V (reaktora) MFC2 NC NC NH 3 SiH 4 MFC1 Linia VENT III gaz nośny NO NO NO NO MFC2 NC NC NC NC Linia RUN III TMGa TMAl TMIn CP 2 Mg

Reaktory MOVPE Reflektometria laserowa In-situ Przepływ górny (gaz nośny) podłoże Wlot grupy V NH3 SiH4 gaz nośny Wlot grupy III TMGa TMAl TMIn Cp2Mg Gaz nośny grzanie indukcyjne Wlot grupy V grafitowa podstawa pokryta SiC Reflektometria laserowa In-situ Wlot grupy III Nie mieszanie się zbyt wczesne reagentów Przepływ laminarny Kompensacja konwekcji grafitowa podstawa pokryta SiC podłoże grzanie indukcyjne

Reaktor EMCORE D75

Reaktory MOVPE Thomas Swan Aixtron S. Nakamura

Jeszcze inne reaktory

Jednorodność temperatury, ciśnienia, dostarczania reagentów Niejednorodność temperatury Wpływ obrotu na szybkość wzrostu

Reflektometria laserowa (monitorowanie wzrostu struktury niebieskiej diody laserowej) 6 5 refl. int. [a.u.] 4 3 2 2400 4800 7200 9600 12000 14400 16800 19200 time [s]

Scrubbing- oczyszczanie gazów wylotowych Gazy wylotowe (toksyczne) są adsorbowane i pasywowane poprzez utlenianie.

Zaczynamy wzrost warstw: 1. Podłoże monokrystaliczne Bez dyslokacji Epi-ready powierzchnia Ustalona dezorientacja!!!! Usuwanie zniszczeń podpowierzchniowych i zanieczyczeń powierzchni: Trawienie (także jonowe) Wygrzewanie

Wygięcie struktury laserowej w zależno ności od grubości podłoża R AlGaN HP GaN R(cm) 1000 cladding Akceptowalne Za małe 100 10 120 µm 90 µm 60 µm 0 5 10 15 20 Al content (%)

Pękanie 1 µm AlGaN, Al=8% On 60 µm GaN On 120 µm GaN substrates

Struktury paskowe AlGaN/GaN Naprężenia w warstwie litej Naprężenia w warstwie paskowej

Eliminacja pękania i redukcja wygięcia AlGaN 27% 220 nm Bez maski AlN Z maską AlN, paski 15 10 5 3 µm Gęstość defektów: w oknie <10 6 /cm 2 na masce 10 10 /cm 2

Najważniejsze mody wzrostu epitaksjalnego Frank-van der Merwe (FM) Volmer-Weber (VW) Stranski-Krastanov (SK) Przykład: wzrost AlGaAs na GaAs Przykład: Wzrost GaN na szafirze Przykład: Kropki kwantowe InAs na GaAs

Kropki kwantowe InGaAs w GaAs tworzone pod wpływem niedopasowania sieciowego 100nm

Inne mody wzrostu

Jeszcze inne rysunki Gładki wzrost Wzrost wyspowy, zmiany lokalnej dezorientacji Wzrost na dyslokacjach

Atomic step-flow często się nie udaje.

Zadanie do domu: Przestudiować ten rysunek

GaN na szafirze-przykład bardzo dużego niedopasowania- 16% nachylenia ( tilt ) [0001] kąt nachylenia granice mozaiki - skręcenia ( twist ) szafir LT-bufor [11-20] kąt skręcenia

Wzrost GaN na szafirze 0. 50 n m/ Di v 0.0 1.0 2.0 µm

gęstość dyslokacji a wielkość ziaren w GaN/szafirze T. Bottcher (Bremen) Appl. Phys. Lett. Vol 78, 14, 2001 1E10 (XRD ) krawędziowe (TEM ) ρ dyslokacji [cm -2 ] 1E9 1E8 śrubowe i mieszane (XRD ) 1E7 0.1 1 10 średnia wielkość ziaren [µm]

naprężenia w warstwie a wielkość ziaren w GaN/szafir -0.3 3.185 a relax =3.1885 A T. Bottcher (Bremen) σ in plane [GPa] -0.4-0.5-0.6 a [A] 3.184 3.183 1 2 3 ρ edge [10 9 cm -2 ] Appl. Phys. Lett. Vol 78, 14, 2001 krzywa teoretyczna -0.7 0 1 2 3 4 5 średnia wielkość ziaren [µm] Całkowite naprężenie termiczne ( thermal stress )

schemat zmian parametru a przy schładzaniu warstwy GaN/szafir a(1000 0 ) a relax (1000 0 ) a GaN odkształcenia rozciągające zależne od wielkości ziaren małe ziarno a relax (20 0 ) a(20 0 ) odkształcenia ściskające 20 0 C 1000 0 C T duże ziarno GaN objętościowy całkowicie naprężony GaN Całkowite odkształcenie termiczne ( thermal strain ) Odkształcenie ε =(a relaks -a)/ a relaks

Thermodynamics-limited Best growth zone Diffusion controlled Kinetics-limited Temperature Growth rate Czynnik 1. Temperatura

Wbudowywanie się In w InGaN w zależności od temperatury

Czynnik 2 Przepływ reagentów V 2,5 G R G a N [µm /h ] G a A s : M iz u ta e t a l (1 9 8 4 ) A la s : M iz u ta e t a l (1 9 8 4 ) In P : H s u e t a l (1 9 8 3 ) 2,0 G a N : p = 1 0 0 m b a r T = 1 0 2 0 O C N H 3 = 0,0 9 m o l/m in 1,5 1,0 0,5 0,0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 a lk y l m o la r flo w [µm o l/m in ]

Wbudowywanie się In w InGaN w zależności od przepływu TMI

Pytania: Jak domieszkowanie wpływa na morfologię warstw i prędkość wzrostu? Jak ciśnienie wpływa na parametry warstw? W którym kierunku najlepiej wybrać dezorientację podłoża? Jak stosunek III:V wpływa na parametry warstw? i wiele, wiele innych