|
|
Extended defects in Ga and Al nitrides
Vacek, Petr ; Holec, David (oponent) ; Hospodková,, Alice (oponent) ; Gröger, Roman (vedoucí práce)
III-nitrides crystallize in the hexagonal (wurtzite) structure, whereas the cubic (zincblende, sphalerite) structure is metastable with only slightly higher energy. Their physical properties are strongly affected by the presence of extended defects that are of different kinds in the two structures. In wurtzite III-nitrides, these are primarily threading dislocations, some of which are known to generate deep defect states in the bandgap, through which they affect the electrical and optoelectronic properties of devices. On the other hand, zincblende III-nitrides contain a large density of stacking faults that facilitate local transformations into the more stable wurtzite structure. The aim of this work is to characterize the extended defects in both crystal structures using a combination of electron microscopy, atomic force microscopy, and X-ray diffraction. We demonstrate that (0001)-oriented samples of GaN/AlN and AlN grown on Si (111) substrate by metal-organic chemical vapor deposition contain a large density of threading dislocations. Their Burgers vectors are mostly parallel to the a-direction of the wurtzite lattice, followed by the Burgers vectors parallel to the a+c-direction, whereas the dislocations with Burgers vectors parallel to the c-direction are relatively rare. The probable origin of threading dislocations is discussed according to the type of the film growth. Prismatic stacking faults were found in thin AlN nucleation layers but were not present in the thicker layers. Amorphous layer composed of SiNx and partially of AlN was found at the AlN/Si interface. We propose that this amorphous layer could have a major role in the relief of misfit strain. Analysis of electrical activity of extended defects in AlN was done using electron beam induced current technique. We have found that threading dislocations cause a weak drop of induced current. However, due to their high density and uniform distribution, they have larger impact on electrical properties than V-defects and their clusters. The topographical and crystallographic defects were studied in as-grown and annealed nucleation layers of zincblende GaN grown on 3C-SiC (001) / Si (001) substrate. The sizes of surface features on as-grown samples increase with the thickness of the nucleation layer and are enhanced by annealing. The surface coverage of GaN with the thinnest nucleation layers is reduced after annealing due to diffusion and desorption (or etching by reactor atmosphere). The stacking faults found in GaN near its interface with SiC were mostly of the intrinsic type bounded by Shockley partial dislocations. The origin of these stacking faults was discussed as well as the impact of partial dislocations on the strain relief. Due to the abundance of stacking faults, their interactions were studied in detail. Based on our findings, we have developed a theoretical model of stacking fault annihilation in zincblende GaN films. This model is shown to be able to predict the decrease of the stacking fault density with increasing film thickness.
|
|
|
Detekce a studium krystalových defektů v Si deskách pro elektroniku
Páleníček, Michal ; Tichopádek, Petr (oponent) ; Urbánek, Michal (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá studiem a vyhodnocováním krystalografických defektů na povrchu křemíkových desek vyrobených Czochralského metodou. Zaměřuje se především na růstové defekty a kyslíkové precipitáty, které hrají významnou roli při vzniku vhodných nukleačních center pro růst vrstevných chyb. Růst vrstevných chyb v blízkosti povrchu křemíkových desek je podpořen jejich oxidací a selektivním leptáním. Takto výrazněné vrstevné chyby se označují jako OISF z anglického Oxidation Induced Stacking Fault. Prostorové rozložení OISF na desce dává zpětnou vazbu k procesu tažení monokrystalu křemíku a kvalitě povrchu desek. Dále je v této práci popis zařízení pro automatickou detekci a analýzu OISF, které bylo vyvinuto pro firmu ON Semiconductor v Rožnově pod Radhoštěm.
|
|
|
Diffuse x-ray scattering from GaN epitaxial layers
Barchuk, Mykhailo ; Holý, Václav (vedoucí práce) ; Caha, Ondřej (oponent) ; Pietsch, Ulrich (oponent)
Reální struktura heteroepitaxních vrstev GaN a AlGaN je studována pomocí difúzního rozptylu rtg záření. Nově vyvinutá metoda založená na Monte Carlo simulaci umožňuje určovat hustotu threading dislokací ve vrstvách c-GaN a vrstevných chyb ve vrstvách a-GaN. Hustoty defektů ze simulací Monte Carlo jsou srovnány s hodnotami získanými standardními metodami (transmisní elektronová mikroskopie, metalografie leptových důlků). Výhody a omezení našeho postupu jsou podrobně diskutovány; přesnost metody je stanovena jako 15%. Ukázali jsme, že naše metoda je spolehlivý nástroj pro určení hustot threading dislokací a vrstevných chyb ve vrstvách GaN.
|
|
|
Extended defects in Ga and Al nitrides
Vacek, Petr ; Holec, David (oponent) ; Hospodková,, Alice (oponent) ; Gröger, Roman (vedoucí práce)
III-nitrides crystallize in the hexagonal (wurtzite) structure, whereas the cubic (zincblende, sphalerite) structure is metastable with only slightly higher energy. Their physical properties are strongly affected by the presence of extended defects that are of different kinds in the two structures. In wurtzite III-nitrides, these are primarily threading dislocations, some of which are known to generate deep defect states in the bandgap, through which they affect the electrical and optoelectronic properties of devices. On the other hand, zincblende III-nitrides contain a large density of stacking faults that facilitate local transformations into the more stable wurtzite structure. The aim of this work is to characterize the extended defects in both crystal structures using a combination of electron microscopy, atomic force microscopy, and X-ray diffraction. We demonstrate that (0001)-oriented samples of GaN/AlN and AlN grown on Si (111) substrate by metal-organic chemical vapor deposition contain a large density of threading dislocations. Their Burgers vectors are mostly parallel to the a-direction of the wurtzite lattice, followed by the Burgers vectors parallel to the a+c-direction, whereas the dislocations with Burgers vectors parallel to the c-direction are relatively rare. The probable origin of threading dislocations is discussed according to the type of the film growth. Prismatic stacking faults were found in thin AlN nucleation layers but were not present in the thicker layers. Amorphous layer composed of SiNx and partially of AlN was found at the AlN/Si interface. We propose that this amorphous layer could have a major role in the relief of misfit strain. Analysis of electrical activity of extended defects in AlN was done using electron beam induced current technique. We have found that threading dislocations cause a weak drop of induced current. However, due to their high density and uniform distribution, they have larger impact on electrical properties than V-defects and their clusters. The topographical and crystallographic defects were studied in as-grown and annealed nucleation layers of zincblende GaN grown on 3C-SiC (001) / Si (001) substrate. The sizes of surface features on as-grown samples increase with the thickness of the nucleation layer and are enhanced by annealing. The surface coverage of GaN with the thinnest nucleation layers is reduced after annealing due to diffusion and desorption (or etching by reactor atmosphere). The stacking faults found in GaN near its interface with SiC were mostly of the intrinsic type bounded by Shockley partial dislocations. The origin of these stacking faults was discussed as well as the impact of partial dislocations on the strain relief. Due to the abundance of stacking faults, their interactions were studied in detail. Based on our findings, we have developed a theoretical model of stacking fault annihilation in zincblende GaN films. This model is shown to be able to predict the decrease of the stacking fault density with increasing film thickness.
|
|
|
Diffuse x-ray scattering from GaN epitaxial layers
Barchuk, Mykhailo ; Holý, Václav (vedoucí práce) ; Caha, Ondřej (oponent) ; Pietsch, Ulrich (oponent)
Reální struktura heteroepitaxních vrstev GaN a AlGaN je studována pomocí difúzního rozptylu rtg záření. Nově vyvinutá metoda založená na Monte Carlo simulaci umožňuje určovat hustotu threading dislokací ve vrstvách c-GaN a vrstevných chyb ve vrstvách a-GaN. Hustoty defektů ze simulací Monte Carlo jsou srovnány s hodnotami získanými standardními metodami (transmisní elektronová mikroskopie, metalografie leptových důlků). Výhody a omezení našeho postupu jsou podrobně diskutovány; přesnost metody je stanovena jako 15%. Ukázali jsme, že naše metoda je spolehlivý nástroj pro určení hustot threading dislokací a vrstevných chyb ve vrstvách GaN.
|
|
|
Detekce a studium krystalových defektů v Si deskách pro elektroniku
Páleníček, Michal ; Tichopádek, Petr (oponent) ; Urbánek, Michal (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá studiem a vyhodnocováním krystalografických defektů na povrchu křemíkových desek vyrobených Czochralského metodou. Zaměřuje se především na růstové defekty a kyslíkové precipitáty, které hrají významnou roli při vzniku vhodných nukleačních center pro růst vrstevných chyb. Růst vrstevných chyb v blízkosti povrchu křemíkových desek je podpořen jejich oxidací a selektivním leptáním. Takto výrazněné vrstevné chyby se označují jako OISF z anglického Oxidation Induced Stacking Fault. Prostorové rozložení OISF na desce dává zpětnou vazbu k procesu tažení monokrystalu křemíku a kvalitě povrchu desek. Dále je v této práci popis zařízení pro automatickou detekci a analýzu OISF, které bylo vyvinuto pro firmu ON Semiconductor v Rožnově pod Radhoštěm.
|
|
|
Epitaxní růst z kapalné fáze
Nohavica, Dušan
Poměrně rozsáhlá přednáška shrnuje základní aspekty přípravy epitaxních vrstev z kapalné fáze (LPE), s důrazem ne deposici polovodičů. Jsou uvedeny způsoby dosažení maximální reprodukovatelnosti růstového procesu a účinnosti deposice. Důraz je rovněž kladen na rozbor mechanizmů tvorby dislokací v epitaxních vrstvách.
|
host ::
RSS.