การตรวจสอบความบกพร่องเชิงโครงสร้างของฟิล์มบางสารกึ่งตัวนำ InGaAsN โดย กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านด้วยวิธีการสร้างภาพพื้นมืด

  • พรสิริ วนรัฐิกาล และ วิศิษฏพงศ์ ยอดศรี

Abstract

สมบัติเชิงโครงสร้างของฟิล์มบางสารกึ่งตัวนำถูกนำมาตรวจสอบอย่างมีระบบ ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนชนิด ส่องผ่านโดยเน้นไปที่โหมดสร้างภาพพื้นมืด ปกติแล้วการใช้งานทั้งโหมดภาพพื้นสว่างและภาพพื้นมืดมีความจำเป็นสำหรับการวิเคราะห์ตัวอย่างเป็นอย่างยิ่ง โดยเฉพาะงานที่ต้องศึกษาความบกพร่องของโครงผลึก ได้แก่ ดิสโลเคชัน การจัดเรียงอะตอมผิดตำแหน่งและเกิดขอบเขต งานวิจัยนี้ชิ้นงานที่ถูกนำมาใช้เป็นกรณีศึกษาคือ ฟิล์มบางสารกึ่งตัวนำอินเดียมแกลเลียมอาร์เซไนด์ ไนไตรด์ปลูกลงบนชั้นบัฟเฟอร์แกลเลียมอาร์เซไนด์ลงบนวัสดุฐานรองเจอร์มาเนียมระนาบ 001 และฟิล์มบางสารกึ่งตัวนำแกลเลียมอาร์เซไนด์ปลูกลงบนวัสดุฐานรองเจอร์มาเนียมที่ทำมุม 6 องศากับทิศ [110] จากผลการทดลองรูปแบบการเลี้ยวเบนอิเล็กตรอนที่ได้จากชั้นฟิล์ม พบว่ามีการแสดงรูปแบบการเลี้ยวเบนเดี่ยวและไม่มีการกระเจิงที่อยู่นอกเหนือมุมแบรกก์ ซึ่งหมายถึง โครงสร้างผลึกของชั้นฟิล์มเป็นแบบผลึกเดี่ยว มีความสม่ำเสมอในส่วนประกอบ และมีทิศทางการวางตัวของผลึกในทิศเดียวกันกับวัสดุฐานรอง ผลของการตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านในโหมดภาพพื้นมืด พบแอนติเฟสโดเมนมีความหนาแน่นสูงที่บริเวณรอยต่อระหว่างชั้นบัฟเฟอร์ GaAs และวัสดุฐานรอง Ge(001) อย่างไรก็ตามที่ชั้นฟิล์ม InGaAsN พบความหนาแน่นของแอนติเฟสโดเมนลดลง เมื่อตรวจสอบชั้นฟิล์ม GaAs บนวัสดุฐานรองมุมตัดเอียง Ge ทำมุม 6 องศากับทิศ [110] พบแอนติเฟสโดเมนมีลักษณะรูปร่างคล้ายเพชรถูกหยุดยั้งที่บริเวณรอยต่อระหว่างชั้นฟิล์มและวัสดุฐานรองเท่านั้น

References

1. Nakamura S, Pearton S, Fasol G. The blue laser diode: the complete story. Verlag Berlin Heidelberg: Springer; 1997.
2. Ambacher O. Growth and applications of Group III-nitrides. J Phys D Appl Phys 1998;31:2653-710.
3. Sheu JK, Pan CJ, Chi GC, Kuo CH, Wu LW, Chen CH, et al. White-light emission from InGaN-GaN multiquantum-well light-emitting diodes with Si and Zn codoped active well layer. IEEE Photonic Technol Lett 2002;14:450-2.
4. Friedman DJ, Geisz JF, Kurtz SR, Olson JM. 1-eV solar cells with GaInNAs active layer. J Cryst Growth 1998; 195:409-15.
5. Hou HQ, Reinhardt KC, Steven KR, Gee JM, Allerman AA, klammons BE, et al. Novel lnGaAsN pn junction for high-efficiency multiple junction solar cells. The 56th Annual Meeting of the IEEE 1998;2:64-5.
6. Kurtz SR, Allerman AA, Jones ED, Gee JM, Banas JJ, Hammons BE. InGaAsN solar cells with 1.0 eV band gap, lattice matched to GaAs. Appl Phys Lett 1999;74:729-31.
7. Wu PH, Su YK, Chen IL, Chen SF, Chiou CH, Guo SH, et al. Research of surface morphology in Ga(In)As epilayers on Ge grown by MOVPE for multi-junction solar cells. J Cryst Growth 2007;298:767-71.
8. Apostolopoulos G, Boukos N, Herfort J, Travlos A, Ploog KH. Surface morphology of low temperature grown GaAs on singular and vicinal substrates. Mater Sci Eng B 2002;88:205-8.
9. Hudait MK, Krupanidhi SB. Atomic force microscopy study of surface morphology in Si-doped epi-GaAs on Ge substrate: effect of off-orientation. Mater Res Bull 2000;35:909-19.
10. Galiana B, Rey-Stolle I, Beinik I, Teichert C, Algora C, Molina-Aldareguia JM, Tejedor P. Characterization of antiphase domains on GaAs grown on Ge substrates by conductive atomic force microscopy for photovoltaic applications. Sol Energ Mat Sol C 2011;95:1949-54.
11. Pucicki D, Bielak K, Kudrawiec R, Radziewicz D, Sciana B. Determination of indium and nitrogen contents of InGaAsN quantum wells by HRXRD study supported by BAC calculation of the measured energy gap. Mater Sci (Poland) 2013;31(4):489-94.
12. Cohen GM, Mooney PM, Jones EC, Chan KK, Solomon PM, Wong HSP. Characterization of the silicon on insulator film in bonded wafers by high resolution x-ray diffraction. Appl Phys Lett 1999;75:787-9.
13. Wakaki M, Iwase M, Show Y, Koyama K, Sato S, Nozaki S, et al. Raman spectroscopy of germanium films deposited with cluster-beam technique. Physica B 1996;219-220:535-7.
14. Alt H-Ch, Egorov A-Yu, Riechert H, Wiedemann B, Meyer JD, Michelmann RW, et al. Local vibrational mode absorption of nitrogen in GaAsN and InGaAsN layers grown by molecular beam epitaxy. Physica B 2003;302-303:282-90.
15. Petroff PM. Transmission electron microscopy of interfaces in III-V compound semiconductors. J Vac Sci Tech 1977;14:973-8.
16. Guelton N, Saint-Jacques RG, Lalande G, Dodelet JP. Microstructural study of GaAs epitaxial layers on Ge(100) substrates. J Mater Res 1995;10:843-52.
17. Hudait MK, Krupanidhi SB, Transmission electron microscopy study of GaAs/Ge heterostructures grown by low-pressure metal organic vapor phase epitaxy. Mater Res Bull 2000;35:125-33.
18. Agarwal SK, Tyagi R, Singh M, Jain RK. Effect of growth parameters on the MOVPE of GaAs/Ge for solar cell applications. Sol Energ Mater Sol Cell 1999;59:19-26.
19. Lankinen L, Lankinen A, Likonen J, Lipsanan H, Lu X, Mcnally P, et al. Low temperature growth GaAs on Ge. Jpn J Appl Phys 2005;44:7777-84.
20. Uesugi K, Kikuchi T, Kuboya S, Sanorpim S, Onabe K. MOVPE growth of InGaAsN films on Ge(001) on-axis and vicinal substrates. Phys Status Solidi C 2011;9:542-5.
21. Williams DB, Carter CB. Transmission electron microscope: a textbook for materials science. New York: Springer; 2002.
22. Ishizaki JY, Ohkuri K, Fukui T. Simulation and observation of the step bunching process grown on GaAs (001) vicinal surface by metalorganic vapor phase epitaxy. Jpn J Appl Phys 1996;35:1280-4.
23. Ne´meth I, Kunert B, Stolz W, Volz K. Ways to quantitatively detect antiphase disorder in GaP films grown on Si (001) by transmission electron microscopy. J Cryst Growth 2008;310:4763-7.
Published
2018-02-26
How to Cite
วนรัฐิกาล และ วิศิษฏพงศ์ ยอดศรี, พรสิริ. การตรวจสอบความบกพร่องเชิงโครงสร้างของฟิล์มบางสารกึ่งตัวนำ InGaAsN โดย กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านด้วยวิธีการสร้างภาพพื้นมืด. วารสารวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หัวเฉียวเฉลิมพระเกียรติ (ผ่านการรับรองคุณภาพอยู่ในฐานข้อมูล Thai-Journal Citation Index (TCI) กลุ่มที่ 1), [S.l.], v. 3, n. 2, p. 67-76, feb. 2018. ISSN 2408-266X. Available at: <http://scijournal.hcu.ac.th/ojs/index.php/scijournal/article/view/123>. Date accessed: 19 aug. 2018.