Epitaxní vrstvy GaN na Al2O3 Aprochem 2012 Vysoká škola chemicko-technologická Fakulta chemické technologie Ústav anorganické chemie Epitaxní vrstvy GaN na Al2O3 Ing. Petr Šimek, Ing. Zdeněk Sofer, Ph.D., Ing. Ondřej Jankovský, prof. Dr. Ing. David Sedmidubský email: petr.simek@vscht.cz 16. dubna 2013

Cíle práce depozice vrstvy GaN na safíru dopování vrstev GaN manganem Aprochem 2012 Cíle práce depozice vrstvy GaN na safíru dopování vrstev GaN manganem zjištění koncentračního profilu Mn porovnání vrstev safír/GaN:Mn a safír/Gan/GaN:Mn zjištění magnetických vlastností připravených vrstev zkoumání povrchové morfologie vypěstovat nanodráty GaN metodou VLS

GaN Šířka zakázaného pásu Eg = 3,4 eV Hustota ρ = 6,15 g·cm-3 Krystalová struktura: wurzit Mřížkové konstanty: a = 3.19 Å, c = 5.19 Å Index lomu nD = 2,43 Teplota tání Tm = 2500 °C

Využití GaN Modré LED Vysokonapěťové a vysokofrekvenční součástky Mikrovlnné zesilovače a tranzistory eGaN® FET – tenké vrstvy GaN na Si (2010)

Magneticky dopované polovodiče Spintronika Magnetické čipy Spinově polarizovné diody a tranzistory Lasery s řízenou vlnovou délkou magnetickým polem Magnetické senzory Biodetektory

Depozice vrstev GaN:Mn Technologie: MOVPE (plynná epitaxe s využitím organokovů) Prekurzory: Trimethylgalium Amoniak Bis(methylcyklopentadienyl)mangan Nosné plyny: Vodík Dusík

Depozice vrstev GaN:Mn Vyžíhání safíru v H2 (1050 °C, desorpce povrchových nečistot) Vyžíhání safíru v NH3 (1050 °C, nitridace) Depozice nízkoteplotní GaN mezivrstvy (550 °C, 5 minut, ~ 35 nm) Žíhání a rekrystalizace (~ 1000 °C) Vysokoteplotní pěstování (1050 °C)

Depozice vrstev GaN:Mn (CH3)3Ga + NH3 = GaN + 3CH4 GaN: p = 200 mbar, T = 1050 °C, V/III poměr 1360 (molární) Mn: 3,2 μmol·min-1 (MCp)2Mn, 1 hod GaN:Mn GaN:Mn GaN GaN nízkoteplotní GaN nízkoteplotní Safír (Al2O3) Safír (Al2O3) Safír (Al2O3)

Růst nanodrátů GaN Metoda VLS (vapour-liquid-solid) Au Al2O3 Au Al2O3 T = 800 °C NH3, H2, (CH3)3Ga Al2O3 GaN Au Al2O3 Al2O3

Analytické metody hmotnostní spektroskopie sekundárních iontů (SIMS) Ramanova spektroskopie Rentgenová difrakce (XRD) mikroskopie atomárních sil (AFM) supervodivé kvantově interferenční zařízení (SQUID) skenovací elektronová mikroskopie (SEM)

Výsledky – koncentrační profil Mn

Výsledky – Ramanova spektra

Výsledky – povrchové vlastnosti

Výsledky – povrchové vlastnosti A) bez vysokoteplotní mezivrstvy (50 nm) B) s vysokoteplotní mezivrstvou (1 μm) 100 nm 5 35 nm 5 0 nm 0 nm 2,5 2,5 0 µm 2,5 5 0 µm 2,5 5

Výsledky – nanodrát GaN Au Al2O3 GaN

Výsledky – feromagnetický moment

Závěr větší tloušťka GaN mezivrstvy vede ke snižování napětí ve vrstvě (Raman) zabudovávání atomů Mn potlačuje rychlost koalescence (přechod od 3D růstu ke 2D růstu) při koncentraci Mn větší než 1 at.% byla pozorována přítomnost vibrace Mn na pozici Ga v Ramanově spektru existencence manganu Mn2+ i Mn3+ (magnetismus, Raman) vysoká koncentrace Mn snižuje nasycený magnetický moment (magnetismus) přítomnost dusíku v nosném plynu brání zabudovávání Mn do vrstvy GaN (SIMS) zvyšování FWHM pro odraz roviny (002) a zvyšování tloušťky GaN mezivrstvy – neúplná koalescence (XRD) u tlustých vrstev zlepšená povrchová morfologie – úspěšná koalescence (AFM) Podařilo se vypěstovat nanodráty metodou VLS

Děkuji Vám za pozornost