Yarıiletken ince filmlerin X-ışını kırınımı ile kusur analizi
Defect analysis of semiconductor thin films by X-ray diffraction
Yazar: BEYZA SARIKAVAK
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN ÖZÇELİK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Moleküler Demet Epitaksi (MBE) ile büyütülen InGaAs/GaAs ve AlGaAs/GaAs yapılarının yüksek çözünürlüklü X-ışınları difraksiyonu kullanılarak yapısal özellikleri incelendi. InGaAs/GaAs yapısı 50 - 775°C ; AlGaAs/GaAs ise 400 - 775°C sıcaklık aralığında hızlı tavlama (RTA) sistemi kullanılarak tavlandı. Yüksek sıcaklıklarda gevşeme mekanizmasının oluştuğunu ve bunun sonucu olarak da interdifüzyon ve göç işlemlerinin gerçekleştiği görüldü. Tavlama sıcaklığına bağlı olarak herbir numunede detaylı kusur analizi yapıldı. Bu bağlamda paralel (düzlem içi) ve dik (düzlem dışı) gerinmeler, misfit, örgü parametrelerinin sıcaklığa bağlı değişimleri, alaşım oranı, tilt açıları ve dislokasyon hesaplamaları herbir tavlama sıcaklığı için her iki yapı için de belirlendi. Sonuç olarak, (224) asimetrik pikinin simetrik piklere nazaran termal işlemden fazlasıyla etkilendiği gözlendi. Homojen olmayan gerinim dağılımı artan tavlama sıcaklığı ile gevşemeye neden olmaktadır. Uygulanan analiz yöntemi ile In atomlarının ve Al atomlarının büyütme doğrultusunda göç ettikleri gözlendi. Bunun yanında tavlama sıcaklığının artmasıyla arayüzeylerde ve numunelerin yapısal özelliklerinde bozulmalar olduğu görüldü.Ölçümler yüksek çözünürlükteki X-ışınları kırınımı (HR-XRD), spektroskopik elipsometri, optik mikroskop kullanarak yapılmıştır.

Abstract:
In this work we have studied structural properties of InGaAs/GaAs and AlGaAs/GaAs samples, prepared by Molecular Beam Epitaxy (MBE),, using high resolution X-ray diffractometer (HRXRD). Increasing strain relaxation and defect generations are observed with the increasing Rapid Thermal Annealing (RTA) temperature up to 775 oC. For InGaAs/GaAs all measurements had done the temperature range of 50 to 775 °C and also for AlGaAs/GaAs all calculations had done the temperature range of 400 to 775 °C. The higher temperatures bring out relaxation mechanisms; interdiffusion and favored migration. The defect structure and the defects which are observed with the increasing annealing temperature were analyzed. Firstly, the in-plane and out-of-plane strains after the annealing of sample were found. Secondly, the structural defect properties such as the parallel strain, perpendicular strain, misfit, tilt angles and dislocation that are obtained from X-ray diffraction (XRD) analysis were carried out at every temperature. Also lattice parameters for all annealing temperatures and x composition were determined. As a result, we observed that the asymmetric peaks especially in asymmetric (224) plane was affected more than symmetric planes. These structural properties exhibit different unfavorable behaviors for every reflection direction at the increasing temperatures. The reason is the relaxation which is caused by spatially inhomogeneous strain distribution with the increasing annealing temperature. In the InGaAs superlattice samples, this process enhances preferential migration of In atoms along the growth direction. For AlGaAs Al atoms migrated along the growth direction. Further increase in the annealing temperature leads to the deterioration of the abrupt interfaces in the sample and degradation in its structural properties. Measurements have done by High Resolution X-Ray Diffraction, ellipsometry and optical microscope.