Feasibility Study of Antimony Based Device Structures in MOVPE at KTH on Silicon Substrates: Optimization of Growth Conditions for Type-II Superlattice Devices by MOVPE on GaSb as well as Cheaper, More Robust Substrates: GaAs and Si
2024 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Förstudie av Antimonbaserade Enhetsstrukturer i MOVPE vid KTH på Kiselsubstrat : Optimering av Tillväxtförhållanden för Typ II Superlattice Devices av MOVPE på GaSb Samt Billigare, Mer Robusta Substrat: GaAs och Si (Swedish)
Abstract [en]
Epitaxial growth conditions for Gallium Antimonide (GaSb) in a Metal Organic Vapor Phase Epitaxy (MOVPE) reactor were broadly studied. In homoepitaxy, surface preparation, precursor species, V/III ratio, growth temperature, precursor partial pressure, and growth duration were all examined. Tri-Methyl Antimony (TMSb) and Tri-Methyl Gallium (TMGa) were found to offer more precise control of the V/III ratio at the cost of a 3x higher growth rate than TMSb and Tri-Ethyl Gallium (TEGa). Modulation of the V/III ratio was found to exert control over the size, shape and frequency of hillocks, while temperature was noted to shift the ratios at which those effects took place. All homoepitaxial growths had a 5 μm x 5 μm Atomic Force Microscopy (AFM) scan with Root Mean Square (RMS) roughness below 1 nm. For heteroepitaxy, growth procedures that modulate the interface between Gallium Arsenide (GaAs) and GaSb, such as Interfacial Misfit-Array Formation (IMF) were tested before a final growth on a Si wafer with GaAs was attempted. Heteroepitaxial studies revealed a disconnect between planar morphology and crystallinity was present. The best Full Width Half Max (FWHM) value from an omega scan on the GaSb layer achieved was 465 arcseconds with an RMS roughness of 3 nm for a 5 μm x 5 μm scan, in a growth completed using IMF procedures, comparable to work completed in other labs. Growth on Si substrates demonstrated much higher FWHMs and worse roughness but shows room for improvement.
Abstract [sv]
Epitaxiella tillväxtförhållanden för galliumantimonid (GaSb) i en metallor- ganisk ångfas-epitaxireaktor (MOVPE) studerades brett. Vid homoepitaxi undersöktes ytpreparering, prekursorarter, V/III-förhållande, tillväxttemper- atur, prekursorpartialtryck och tillväxtlängd. Tri-Methyl Antimon (TMSb) och Tri-Methyl Gallium (TMGa) visade sig ge mer exakt kontroll av V/III- förhållandet till priset av en 3 gånger högre tillväxthastighet än TMSb och Tri-Ethyl Gallium (TEGa). Modulering av V/III-förhållandet visade sig utöva kontroll över storleken, formen och frekvensen av kullar, medan temperaturen noterades för att förändra förhållandena vid vilka dessa effekter ägde rum. Alla homoepitaxiala tillväxter hade en 5 μm x 5 μm Atomic Force Microscopy (AFM) skanning med Root Mean Square (RMS) grovhet under 1 nm. För heteroepitaxi testades tillväxtprocedurer som modulerar gränssnittet mellan galliumarsenid (GaAs) och GaSb, såsom Interfacial Misfit-Array Formation (IMF) innan en slutlig tillväxt på en Si-wafer med GaAs försöktes. Heteroepitaxiella studier visade att en koppling mellan plan morfologi och kristallinitet var närvarande. Det bästa Full Width Half Max-värdet (FWHM) från en omega-skanning på GaSb-skiktet som uppnåddes var 465 bågsekunder med en RMS-råhet på 3 nm för en 5 μm x 5 μm skanning, i en tillväxt som fullbordades med IMF-procedurer, jämförbar med arbete slutförts i andra labb. Tillväxt på Si-substrat visade mycket högre FWHM och sämre grovhet men visar utrymme för förbättring.
Place, publisher, year, edition, pages
2024. , p. 73
Series
TRITA-EECS-EX ; 2024:950
Keywords [en]
Metal Organic Chemical Vapor Deposition, Metal Organic Vapor Phase Epitaxy, Infrared Imaging, T2SL, Interfacial Misfit-Array Formation.
National Category
Computer and Information Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-361106OAI: oai:DiVA.org:kth-361106DiVA, id: diva2:1943673
External cooperation
IRnova AB
Supervisors
Examiners
2025-03-172025-03-112025-03-17Bibliographically approved