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 BANDGAP ENGINEERING

(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy) MOVPE (Metal Organic Vapor Phase Epitaxy) DIFFUSIONE e REAZIONI TRASPORTO REAGENTI PIROLISI INCORPORAZIONE DRIVING FORCE: =  vap- sol>0

Trasporto reagenti in camera Controllo del 2% sui flussi molari

il sistema MOVPE utilizzato Ambiente controllato Opera a basse pressioni Impiega gas con purezza di grado elettronico Monitoraggio gas pericolosi

Trattamento dei substrati Cappa a flusso laminare (classe 100) Substrati

Camera di reazione Portacampioni rotante Flusso laminare Suscettore in grafite Temperature fino a 8500C Riproducibilità entro 1 ML

Precursori del gruppo V alternativi Minore tossicità Ridotta incorporazione di ossigeno e carbonio Minore temperatura di decomposizione 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

Percentuale di In nello strato al match: 48.5%±0.1% Crescita di In0.484Ga0.516P in accordo reticolare con GaAs Percentuale di In nello strato al match: 48.5%±0.1% Gradiente di concentrazione di In in strato fuori match: 49.6-51.7%

Considera pozzi rettangolari ideali a barriere finite Dal modello si calcolano le energie di transizione in funzione della larghezza del 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 multipli Nonostante la regolarità dei periodi, questa struttura mostra emissione da PL lontano dai valori previsti dal modello GaAs (8 nm) InGaP (10 nm) Si attribuisce la presenza del picco “anomalo” al difficile controllo delle interfacce

I PROBLEMI ALLE INTERFACCE Miscuglio As/P InGaP inversa GaAs Effetto memoria In Segregazione In Interdiffusione As diretta InGaP Si provano varie sequenze di gas nel processo

SEQUENZA GAS NEL PROCESSO GaAsP

Grazie allo strato di GaAsP si osservano gli effetti del confinamento Pozzo da 8 nm con strato di GaAsP Pozzo da 8 nm (senza GaAsP) Morfologia delle interfacce Pozzi impilati da 7-5-3 nm con strato di GaAsP

Confronto con i risultati del modello teorico ACCORDO ENTRO IL 2%

Conclusioni Risultati ottenuti Lavoro aperto 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 Miglioramento delle interfacce (stechiometria e morfologia) Punti quantici indotti da strain (stressori di InP) in strutture a pozzi quantici Studio di adattamento reticolare per celle solari a multigiunzione InGaAs/InGaP fuori match

Gruppo Semiconduttori Dipartimento di Fisica Ringraziamenti Gruppo Semiconduttori Dipartimento di Fisica Prof. L.Tarricone Dott. M.Longo Dott. R.Magnanini Dott. A.Parisini Sig. S.Vantaggio IMEM-CNR Dott. G.Salviati Dott. C.Bocchi Dott. L.Lazzarini Dott. L.Nasi