UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PARMA
FACOLTÀ DI SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE, NATURALI
CORSO DI LAUREA IN SCIENZA DEI MATERIALI
Studio di eterostrutture a dimensionalità
ridotta InGaP/GaAs, cresciute mediante
epitassia da fase vapore con l’uso di precursori
metallo-organici
Relatore:
Chiar.mo Prof. L. TARRICONE
Correlatore:
Dott. M. LONGO
Candidato
MICHELE BEGOTTI
I composti III-V sono impiegati in numerosi
dispositivi
Dispositivi
Optoelettronici
Dispositivi
Microelettronici
Modulatori per
fibre ottiche
Celle Solari
Fotorivelatori
Epitassia
BARRIERA
POZZO
BARRIERA
Direzione
di crescita
BANDGAP
ENGINEERING
energia
MOVPE
(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)
TRASPORTO
REAGENTI
PIROLISI
DIFFUSIONE e
REAZIONI
DRIVING FORCE: =  vap- sol>0
INCORPORAZIONE
 
  p Ai
 e

i  p Ai
  RT ln 
 p
  Bj
 j  p Be j
 




ai




bj








Trasporto reagenti in camera
MO 
C
=
S
H2
F
MO 
FHTot2
 Controllo del
2% sui flussi
molari
S
PC
PS
il sistema MOVPE utilizzato

Ambiente
controllato
 Impiega
gas con
purezza di
grado
elettronico
 Opera a
basse
pressioni
 Monitoraggio
gas pericolosi
Camera di reazione

Flusso
laminare
Temperature
fino a 8500C
Portacampioni
rotante
Suscettore in
grafite
 Riproducibilità
entro 1 ML
Precursori del gruppo V alternativi
H
•Minore tossicità
H
As, P
•Minore
temperatura di
decomposizione
CH3
C
CH3
CH3
•Ridotta
incorporazione
di ossigeno e
carbonio
TMGa+TBA=GaAs+ C2H2n+2
ORGANIZZAZIONE DEL LAVORO
Ottimizzazione
GaAs
Ottimizzazione
InP
Ottimizzazione
InGaP
Realizzazione
Pozzi InGaP/GaAs
Confronto con il Progetto
Ottimizzazione dei binari di base
Crescita di In0.484Ga0.516P in accordo reticolare
con GaAs
Gradiente di concentrazione
di In in strato fuori match:
49.6-51.7%
Percentuale di In nello
strato al match:
48.5%±0.1%
Dal modello si calcolano le energie di
transizione in funzione della larghezza
del pozzo
1850
1825
LH2E2
Energia di transizione (meV)
1800
Il modello è fondato sul
formalismo della funzione
inviluppo
nell’approssimazione di
massa efficace
1775
1750
HH2E2
1725
1700
1675
1650
Considera pozzi
rettangolari ideali a
barriere finite
LH1E1
1625
1600
1575
HH1E1
1550
0
2
4
6
8
Larghezza pozzo (nm)
10
12
Struttura a pozzi quantici multipli
Nonostante la regolarità dei periodi, questa struttura
mostra emissione da PL lontano dai valori previsti dal
modello
GaAs
1.0
0.8
(8 nm)
InGaP
(10 nm)
PL normalizzata
GaAs
IGPMQW1
0.6
Emissione prevista
dal modello
0.4
0.2
0.0
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
Energia di transizione (eV)
Si attribuisce la presenza del
picco “anomalo” al difficile
controllo delle interfacce
I PROBLEMI ALLE INTERFACCE
 Miscuglio As/P
inversa
InGaP
GaAs
diretta
InGaP
 Effetto memoria In
 Segregazione In
 Interdiffusione As
Si provano varie sequenze di gas nel processo
Grazie allo strato di GaAsP si osservano gli
effetti del confinamento
Pozzo da 8
nm con
Pozzo da 8 nm
strato di
(senza GaAsP)
GaAsP
1,0
"picco
anomalo"
IGPMQW2
PL norm alizzata
0,8
IGPMQW5
0,6
0,4
0,2
0,0
1,5
1,6
GaAs
Morfologia delle
interfacce
1,7
1,8
Energia Transizione (eV)
Pozzi impilati da 7-5-3
nm con strato di GaAsP
1,9
2,0
Confronto con i risultati del modello teorico
2,0
energia di transizione (eV)
Curva teorica
1,9
1,8
1,7
1,6
1,5
Picco anomalo
1,4
0
2
4
6
8
Larghezza pozzo(nm)
ACCORDO ENTRO IL 2%
10
12
Conclusioni
Risultati 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
Ringraziamenti
Gruppo Semiconduttori
Dipartimento di Fisica
Prof. L.Tarricone
Dott. M.Longo
Dott. R.Magnanini
IMEM-CNR
Dott. A.Parisini
Dott. G.Salviati
Sig. S.Vantaggio
Dott. C.Bocchi
Dott. L.Lazzarini
Dott. L.Nasi