Composition determination of quaternary GaAsPN
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2014-10-20
Department
Major/Subject
Mikro- ja nanotekniikka
Mcode
S3010
Degree programme
EST - Elektroniikka ja sähkötekniikka
Language
en
Pages
10 + 96
Series
Abstract
30 nm and 130 nm thick Ga(As)PN epilayers were grown on a GaP substrate to study whether it is possible to determine their composition using various measurement techniques not typically used for quaternary material composition definition. Specifically, the techniques that were most promising were using a single X-ray diffraction (XRD) scan of a quasi-forbidden (002) reflection and using X-ray reflectivity (XRR) electron density in addition to XRD peak location. The intensity of this (002) reflection varies as a function of arsenic content, which allows having two free composition-related variables, peak intensity and location. The obtained layer compositions are compared with accurate reference values obtained with Rutherford backscattering spectroscopy combined with nuclear reaction analysis measurements. The results reveal that the XRD method overestimates the arsenic and nitrogen content with an error margin of about 0.12 in arsenic content and 0.025 in nitrogen content for the 30 nm thick films, but the accuracy can be improved by taking peak weakness into account. The XRR and XRD based method is more accurate with accuracy being 0.05 in arsenic content and 0.01 in nitrogen content. Furthermore, a method is demonstrated to determine the layer composition with photoreflectance inverting the two-level band anticrossing model to determine material composition based on the energies of the transitions from the valence band to the split conduction band.30 nm ja 130 nm paksuja Ga(As)PN-epikerroksia kasvatettiin GaP-substraatille, joiden avulla tutkittiin onko mahdollista määrittää kerrosten koostumus mittaustekniikoilla joita ei tavanomaisesti käytetä neliyhdistepuolijohteen koostumusmääritykseen. Erityisesti tekniikat jotka vaikuttivat lupaavimmilta olivat yhden kvasikielletystä (002)-heijastuksesta mitatun röntgendiffraktiokäyrän käyttäminen ja röntgenheijastuksella määritetyn elektronitiheyden käyttäminen röntgendiffraktiopiikin sijainnin lisäksi. Tämän heijastuksen intensiteetti muuttuu arseenipitoisuuden funktiona, mikä sallii kahden koostumusriippuvaisen vapaan muuttujan määrittämisen. Saatuja kerrosten koostumuksia vertaillaan tarkkoihin referenssiarvoihin, jotka on saatu Rutherford-takaisinsirontaspektroskopialla yhdistettynä ydinreaktioanalyysimittauksiin. Tulokset paljastavat, että röntgendiffraktiomenetelmä yliarvioi arseeni- ja typpipitoisuuksia arseenipitoisuuden virheen ollen noin 0.12 ja typpipitoisuuden virheen 0.025 30 nm paksuille kerroksille, mutta tarkkuutta voidaan parantaa. Röntgenheijastukseen ja röntgendiffraktioon pohjautuva menetelmä on tarkempi arseenipitoisuuden virheen ollen noin 0.05 ja typpipitoisuuden virheen 0.025. Lisäksi esitettiin menetelmä, jolla voidaan määrittää kerroksen koostumus fotoreflektanssilla invertoiden kaksitasoisen band anticrossing -mallin. Menetelmä antaa koostumuksen, kun tiedetään transitioiden energiat valenssivyöltä jakautuneelle johtavuusvyölle.Description
Supervisor
Lipsanen, HarriThesis advisor
Jussila, HenriKeywords
GaAsPN, quaternary semiconductor, X-ray diffraction, Rutherford backscattering, photoreflectance, neliyhdistepuolijohde, röntgendiffraktio, Rutherford-takaisinsironta, fotoreflektanssi