Integration of GaAsP based III-V compound semiconductors to silicon technology

Tutkimustuotos

Tutkijat

  • Henri Jussila

Organisaatiot

Kuvaus

Tämä väitöskirja tutkii GaAsP-pohjaisten III-V yhdistepuolijohteiden integroimista piiteknologiaan. Kaikki tutkitut näytteet valmistettiin metallo-orgaanisella kaasufaasiepitaksialla. Integroimismenetelminä käytettiin GaP-kiteen monoliittista valmistamista ja GaAs-nanolankojen valmistamista VLS-menetelmällä (engl. vapor-liquid-solid). Atomivoimamikroskooppikuvat valmistetuista GaP-kiteistä osoittivat, että piin pintakäsittely ennen kasvatusta on äärimmäisen tärkeää ja että kasvatus täytyy aloittaa matalassa lämpötilassa. Röntgendiffraktiomittaukset puolestaan osoittivat, että VLS-menetelmällä kasvatetut GaAs-nanolangat olivat kiteytyneet halutusti sinkkivälkehilaan. GaAsPN-yhdisteen kasvatusta ja erilaisia ominaisuuksia tutkittiin monella eri menetelmällä. Näissä tutkimuksissa huomattiin, että typen lisääminen kiteeseen aiheuttaa monia ongelmia. Epäsopudislokaatioverkon (engl. misfit dislocation network) huomattiin syntyvän GaP0.98N0.02/GaP-rajapintaan kerrospaksuuden ylittäessä 200 nm. Typen substituution kiteeseen havaittiin heikkenevän ja lopulta häviävän typpipitoisuuden kasvaessa. Raman- ja XRD-mittaukset kuitenkin viittasivat siihen, että typen lisääminen GaP-kiteeseen pienentää hilaepäsovusta syntyvää jännitystä, jos GaPN-kide on kasvatettu piin päälle. GaAsPN-energiavyörakennetta tutkittiin fotoluminesenssi- ja fotoreflektanssimittausmenetelmillä. GaPN:sta fotoreflektanssilla mitatun transition huomattiin sijaitsevan eri paikassa kuin missä sen fotoluminesenssimittauksen perusteella uskottiin sijaitsevan. Tämä selitettiin sillä, että fotoluminesenssin havaitsema suora transitio tapahtui monimutkaisten typpikonfiguraatioiden muodostamista energiatiloista jotka sijaitsivat fotoreflektanssin havaitseman transition alapuolella. Fotoreflektanssimittaus havaitsi GaAsPN:n johtavuusvyön jakaantumisen. Tätä materiaalia käytettiin aurinkokennojen valmistukseen ja tämän materiaalin ominaisuuksien hyötykäyttöä erilaisissa aurinkokennosovelluksissa pohdittiin. GaAs:n pintapassivointia tutkittiin valmistamalla metalli-eriste-puolijohdekondensattoreita. Komponenttien eristekerros valmistettiin suuren dielektrisyysvakion omaavasta HfO2:sta ja 2 nm paksusta AlN:stä valmistetusta passivointikerroksesta käyttäen ALD-valmistusmenetelmää (engl. atomic layer deposition). Kapasitanssi-jännite ja virta-jännitemittaustulokset viittasivat siihen, että yleisesti havaittua Fermi level pinning -ilmiö ei ilmennyt komponentin toiminnassa.

Yksityiskohdat

Julkaisun otsikon käännösGaAsP-pohjaisten III-V yhdistepuolijohteiden integroiminen piiteknologiaan
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
Valvoja/neuvonantaja
Kustantaja
  • Aalto University
Painoksen ISBN978-952-60-5848-1
Sähköinen ISBN978-952-60-5849-8
TilaJulkaistu - 2014
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

  • puolijohdekomponentit, pii, gallium fosfidi, integraatio

ID: 18355545