Studio di eterostrutture a dimensionalità ridotta InGaP/GaAs, cresciute mediante

epitassia da fase vapore con l’uso di precursori metallo-organici

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PARMAUNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PARMA

FACOLTÀ DI SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE, NATURALI

CORSO DI LAUREA IN SCIENZA DEI MATERIALI

Relatore: Chiar.mo Prof. L. TARRICONE

Correlatore: Dott. M. LONGO

Candidato MICHELE BEGOTTI

I composti III-V sono impiegati in numerosi I composti III-V sono impiegati in numerosi dispositividispositivi

Dispositivi Optoelettronici

Modulatori per fibre ottiche

Celle Solari

Fotorivelatori

Dispositivi Microelettronici

EpitassiaEpitassia

energia

Direzione di crescita

BANDGAP ENGINEERING

BARRIERA

BARRIERA

POZZO

In

Out

MOVPE

(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)

TRASPORTO REAGENTI

PIROLISIDIFFUSIONE e REAZIONI

INCORPORAZIONEDRIVING FORCE: = vap- sol>0

j

b

eB

B

i

a

eA

A

j

j

j

i

i

i

p

p

p

p

RT ln

Trasporto reagenti in cameraTrasporto reagenti in camera

S

C

Tot

H

SS

H

CP

P

F

MOF=MO

2

2

Controllo del 2% sui flussi

molari

il sistema MOVPE utilizzatoil sistema MOVPE utilizzato

Ambiente controllato

Impiega gas con

purezza di grado

elettronico

Opera a basse

pressioni

Monitoraggio gas pericolosi

Camera di reazioneCamera di reazione

Flusso laminare

Temperature fino a 8500C

Suscettore in grafite

Portacampioni rotante

Riproducibilità entro 1 ML

Precursori del gruppo V alternativi

As, P

CCH3

CH3

CH3

H

H

•Minore tossicità

•Minore temperatura di

decomposizione

•Ridotta incorporazione di ossigeno e

carbonio

TMGa+TBA=GaAs+ C2H2n+2

ORGANIZZAZIONE DEL LAVOROORGANIZZAZIONE DEL LAVORO

Ottimizzazione GaAs

Ottimizzazione InP

Ottimizzazione InGaP

Realizzazione Pozzi InGaP/GaAs

Confronto con il Progetto

Ottimizzazione dei binari di baseOttimizzazione dei binari di base

Gradiente di concentrazione di In in strato fuori match:

49.6-51.7%

Percentuale di In nello strato al match: 48.5%

±0.1%

Crescita di Crescita di InIn0.4840.484GaGa0.5160.516PP in accordo reticolare in accordo reticolare

con GaAscon GaAs

0 2 4 6 8 10 12

1550

1575

1600

1625

1650

1675

1700

1725

1750

1775

1800

1825

1850

LH2E2

HH2E2

LH1E1

HH1E1

Ene

rgia

di t

rans

izio

ne (m

eV)

Larghezza pozzo (nm)

Dal modello si calcolano le energie di Dal modello si calcolano le energie di transizione in funzione della larghezza transizione in funzione della larghezza

del pozzodel pozzo

Il modello è fondato sul formalismo della funzione

inviluppo nell’approssimazione di

massa efficace

Considera pozzi rettangolari ideali a

barriere finite

Struttura a pozzi quantici multipliStruttura a pozzi quantici multipli

1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Emissione prevista dal modello

GaAs

IGPMQW1

PL

norm

aliz

zata

Energia di transizione (eV)

Nonostante la regolarità dei periodi, questa struttura Nonostante la regolarità dei periodi, questa struttura mostra emissione da PL lontano dai valori previsti dal mostra emissione da PL lontano dai valori previsti dal

modellomodello

Si attribuisce la presenza del picco “anomalo” al difficile

controllo delle interfacce

GaAs

(8 nm)

InGaP (10 nm)

Miscuglio As/P

Effetto memoria In

Segregazione In

Interdiffusione As

diretta

inversa

Si provano varie sequenze di gas nel processo

I PROBLEMI ALLE INTERFACCEI PROBLEMI ALLE INTERFACCE

InGaP

InGaP

GaAs

Grazie allo strato di GaAsP si osservano gli Grazie allo strato di GaAsP si osservano gli effetti del confinamentoeffetti del confinamento

1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,00,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

GaAs

"picco anomalo"

PL

no

rmal

izza

ta

Energia Transizione (eV)

1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,00,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0 IGPMQW2

GaAs

"picco anomalo"

PL

no

rmal

izza

ta

Energia Transizione (eV)

1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,00,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

IGPMQW5

GaAs

"picco anomalo"

PL

no

rmal

izza

ta

Energia Transizione (eV)

Pozzo da 8 nm

(senza GaAsP)

Pozzo da 8 nm con strato di GaAsP

Pozzi impilati da 7-5-3 nm con strato di GaAsP

Morfologia delle interfacce

0 2 4 6 8 10 121,4

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2,0

Picco anomalo

Curva teorica

en

ergi

a di

tran

sizi

one

(eV

)

Larghezza pozzo(nm)

Confronto con i risultati del modello teoricoConfronto con i risultati del modello teorico

ACCORDO ENTRO IL 2%

ConclusioniConclusioniRisultati ottenuti

Studio e messa a punto delle condizioni di crescita per GaAs e InP

Crescita InGaP al match su GaAs Progetto strutture a pozzi quantici Realizzazione di pozzi quantici

InGaP/GaAs Studi preliminari per

ottimizzazione delle interfacce Confronto con i dati attesi dal

progetto

Lavoro aperto

o Miglioramento delle interfacce (stechiometria e morfologia)

o Punti quantici indotti da strain (stressori di InP) in strutture a pozzi quantici

oStudio di adattamento reticolare per celle solari a multigiunzione InGaAs/InGaP fuori match

RingraziamentiRingraziamentiGruppo Semiconduttori Dipartimento di Fisica

Prof. L.Tarricone

Dott. M.Longo

Dott. R.Magnanini

Dott. A.Parisini

Sig. S.Vantaggio

IMEM-CNRDott. G.Salviati

Dott. C.Bocchi

Dott. L.Lazzarini

Dott. L.Nasi