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http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/67398
Title: | 短波長紅外線偵測器之變晶緩衝層應力鬆弛分析 Analysis of Strain Relaxation in Metamorphic Buffers for Short-wavelength-infrared Photodetector |
Authors: | Ya-Ying Wang 王雅瑩 |
Advisor: | 林浩雄 |
Keyword: | 短波長紅外線,偵測器,變晶緩衝層,砷化銦鎵,砷磷化銦,應力鬆弛, short-wavelength-infrared,detector,metamorphic buffer,InGaAs,InAsP,strain relaxation, |
Publication Year : | 2017 |
Degree: | 碩士 |
Abstract: | 本論文係分析短波長紅外線偵測器之磊晶層應變鬆弛機制。我們設計之2.0 μm短波長紅外線波段偵測器是以InGaAs材料做為光吸收層,在N+ InP基板之上開發InAsP變晶成長(metamorphic)技術,使用共八層的階梯式漸變緩衝層(step-graded buffers),再利用鋅擴散(Zn-diffusion)製程,以成長不具應變的InAsP/InGaAs PIN二極體磊晶結構。我們以倒置空間圖譜(RSM)、穿透式電子顯微鏡截面影像(TEM cross-section imaging)以及穿透式電子顯微鏡平面影像(TEM plane-view imaging),研究InAsP變晶緩衝層和InGaAs光吸收層的晶格鬆弛特性與差排的產生。並以室溫與低溫的光激發螢光頻譜(PL)、光反應頻譜(Spectral response)以及電性量測(I-V curve),檢驗元件光電特性。
我們以入射X-光[110]與[1-10]方向得到的倒置空間圖譜(RSM),分別對應到其(1-10)面與(110)面之穿透式電子顯微鏡截面影像(TEM cross-section imaging),從基板開始往上一層一層地比對晶格鬆弛結果與錯配差排的生成。其結果顯示只有在底部數層的倒晶格點位置貼近完全鬆弛,錯配差排亦集中在底部數層的介面之間。我們認為原始晶格不匹配的磊晶層在一層一層向上堆疊的過程中,磊晶層越底層所儲存的應變能量越大,故磊晶結構會從最下層第一層開始發生晶格擴張,在其與基板介面處生成錯配差排,以釋放應變能量。同時整體磊晶結構所受的應力也會因為最底層的晶格擴張而舒緩。若第一層與基板間的錯配差排已達飽和,而此時磊晶結構的應變總能還沒達到最小,則會繼續從第二層再開始發生晶格擴大,繼續釋放應變能量,同樣在第二層與第一層之間生成錯位差排。如此循環發生,直到磊晶結構的應變總能已經最低,才停止往上晶格擴張。 我們發現磊晶層於[110]與[1-10]方向有不等量之成長,這是晶格在擴張的過程中,兩方向生成之錯配差排數量不相等所致。此結果會使晶格產生剪應變(shear strain),其水平座標雙軸將不再互相垂直。隨著磊晶層的堆疊,磊晶層越往頂層其所產生之剪應變越大,同時其與基板之間的偏傾角亦越大。 我們並利用雙束條件(two-beam condition)之穿透式電子顯微鏡平面影像(TEM plane-view imaging),分析[110]方向與[1-10]方向的錯位差排密度差異。其結果顯示磊晶結構擁有較高之 [1-10]方向錯位差排密度。然而,兩方向上錯位差排密度明顯的疏密差異,卻沒有產生對應之晶格鬆弛程度差異。這可能是因為在這些錯位差排當中,其同時擁有兩種不同方向的伯格斯向量(Burgers vector),且這兩種伯格斯向量(Burgers vector)之間有平行但反向的關係,造成其伯格斯向量(Burgers vector)總和為零,使得錯位差排失去擴張晶格的效果。 |
URI: | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/67398 |
DOI: | 10.6342/NTU201702548 |
Fulltext Rights: | 有償授權 |
Appears in Collections: | 電子工程學研究所 |
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