Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1885
Main Title: Segregation of Antimony in InP in MOVPE
Translated Title: Segregation von Antimon in InP in der MOVPE
Author(s): Weeke, Stefan
Advisor(s): Richter, Wolfgang
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät II - Mathematik und Naturwissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: In dieser Arbeit wurde die Segregation von Antimon in Indium Phosphid in der Metal Organischen Gasphasen Epitaxy (MOVPE) systematisch untersucht. Dazu wurde zunachst in der MOVPE Tri-Methly-Antimon (TMSb) auf Phosphin stabilisierte InP Oberflächen aufgelassen. Dabei stellt sich eine antimonreiche Sb/InP Oberfläche ein, die ein fur die Antimonide typisches Spektrum in der Reflexions Anisotropie Spektroskopie (RAS) zeigt. Es werden sowohl die Adsorption und Desorption von Antimon auf InP untersucht, als auch der Einbau von Sb beim Uberwachsen der Sb/InP Oberfläche mit InP. Dazu werden die Wachstumsparameter Temperatur, TMSb-Partialdruck und Auflasszeit systematisch variiert und auf ihren Einflus hin untersucht. Die Experimente werden in-situ mit RAS beobachtet, und die gewonnenen Daten mit ex-situ Untersuchungen wie Röntgendiffraktometrie (XRD) und Sekundär-Ionen Massenspektroskopie (SIMS) korreliert. Es wird gezeigt, das sich durch Auflassen von TMSb binnen weniger Sekunden eine stabile Sb/InP Oberfläche bildet, die sich unter weiterer Zugabe von TMSb nicht mehr verändert. Dieser Prozess wird vom Partialdruck nur wenig beeinflusst. Die Desorption von Sb verlauft dagegen sehr langsam, und es werden zwei wesentliche Prozesse unterschieden: Die Desorption von überschussigem Sb von der Oberfläche und die Formierung der MOVPE präparierten InP (2x1) Oberfläche. Die Geschwindigkeit von Adsorption und Desorption nimmt mit der Temperatur zu. Eine Erhöhung des TMSb Partialdrucks hat ab einem kritischen Wert keinen Einfluß auf die Desorptionszeit. Beim Uberwachsen der Sb/InP Oberfläche mit InP wird der entgegengesetzte Temperaturverlauf beobachtet: Mit zunehmender Wachstumstemperatur wird das antimontypische RAS-Spektrum länger beobachtet. Eine Analyse der gewachsenen Schichten mit XRD und SIMS zeigt die Formation eines InPSb Doppel-Quantenwells. Eine Schicht findet sich an der Grenzfläche, die zweite 50nm bis 120nm tief im InP. Die Lage der zweiten InPSb Schicht kann mit dem verschwinden der Sb Signatur in der RAS korreliert werden. Die Distanz zwischen erster und zweiter InPSb Schicht steigt mit zunehmender Wachstumstemperatur an, bis sie bei 580 °C durch zunehmende Desorption stagniert. SIMS Messungen zeigen, das der Sb Gehalt der InPSb Schicht an der Grenzfläche temperaturunhabhängig ist, während der Gehalt der zweiten Schicht linear mit steigender Temperatur abnimmt. Der Sb-Gehalt in der zweiten Schicht hängt alleine von der Temperatur ab, nicht aber vom verwendeten Sb Partialdruck. Die systematische Untersuchung von verspannten InPSb/InP Diffusions Übergittern zeigt, das nur ein geringer Teil der ursprünglich auf der Oberfläche deponierten Antimons in den InPSb Schichten eingebaut wird. Der Großteil des Antimons segregiert in die InP Barrieren. Mittels eines linearen Segregationsmodels wird gezeigt, das der Segregationskoeffizient von Sb beinahe 1 ist. Die Formation des Doppelquantenwells wird mit einem Modell des spannungsindizierten Oberflächenschmelzens erklärt. Beim Auflassen von Antimon bildet sich eine Sb reiche quasi flüssige Oberflächenschmelze. Durch Sb - P Austausch und Desorption wird der Sb Gehalt der Schicht so lange reduziert, bis sie erstarrt.
In this work the segregation of antimony in indium phosphide in metal organic vapour phase epitaxy (MOVPE)was systematically investigated. Therefore phophine stabilized InP surfaces were treated with tri-methyl-antimony (TMSb) in MOVPE. An antimony rich Sb/InP surface was established, showing a typical spectra for the antimonides observed in reflectance anisotropy spectroscopy (RAS).Adsorption and desorption of antimony are investigated, as well as the incorporation of Sb during overgrowth of the Sb/InP surface with InP. Therefore the growth parameters temperature, TMSb partial pressure and treatment time are varied and their influence investigated. The experiments are monitored in-situ with RAS, the achieved data is correlated with ex-situ characterisation such as x-ray diffraction (XRD) and secondary ion mass spectroscopy (SIMS). It is shown that under treatment with TMSb a stable Sb/InP surface is formed within seconds, which does not change under further TMSb treatment. This process is rarely influenced by the TMSb partial pressure. On the contrary, the desorption of Sb is a very slow process. Two main processes can be distinguished: The desorption of excess Sb from the surface and the formation of the MOVPE prepared InP (2x1) surface. The reaction velocity of adsorption and desorption increases with temperature. Above a critical value the increase of TMSb partial pressure has no influence on the time for desorption. During overgrowth of the Sb/InP surface the opposite temperature dependence is observed: with increasing growth temperature the typical spectra for antimonides is observed longer. An analysis of the grown samples with XRD and SIMS showed the formation of an InPSb double quantum well. One layer is formed at the interface, the second one 50nm - 120nm deep in the InP. The location of the 2nd InPSb layer can be correlated with the vanishingof the Sb signature in RAS. The distance between the quantum wells increases with growth temperature, until it saturrates at 580°C due to desorption. SIMS measurements show, that the Sb content at the interface in independent of temperature, while the Sb content of the 2nd layer decreases linearly with increasing temperature. The Sb content of the 2nd layer depends only on the temperature, but not on Sb partial pressure. The systematic investigation of strained InPSb/InP superlattices shows, that only a small amount of the initially deposited Sb on the surface is incorporated into the InPSb layers. The main fraction of the Sb segregates into the InP barriers. A linear segregation model shows that the segregation coefficient of Sb is close to one. The formation of the double quantumwell is explained by a model of strain induced surface melting. During treatment with antimony a Sb rich quasi liquid surface melt is formed. By Sb exchange with P and desorption the Sb content of the layer is reduced, until it solidifies.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-18978
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2182
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1885
Exam Date: 30-May-2008
Issue Date: 16-Jun-2008
Date Available: 16-Jun-2008
DDC Class: 530 Physik
Subject(s): In-situ Spektroskopie
InP
MOVPE
Quantentopf
Segregation
In-situ spectroscopy
InP
MOVPE
Quantumwell
Segregation
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