Laterální modulace chemického složení v InAs/A1As supermřížkách

Mgr. Ondřej Caha, Ph.D.

Doctoral thesis

Lateral composititon modulation in InAs/A1As superlattices

Abstract:

Laterální modulace chemického složení v InAs/AlAs supermřížkách Tato dizertační práce se zabývá morfologií supermřížek InAs/AlAs rostlých na InP(001) substrátu. Studovali jsme vývoj zvlnění povrchu jednotlivých vrstev v průběhu růstu pomocí rentgenové difrakce a také pomocí teoretického modelu růstu. Důležitou roli v růstových simulacích i analýze rtg rozptylu hraje elastická deformace vzorku. Použili jsme dvě metody výpočtu deformačního pole založené na teorii elastického kontinua a jednu metodu založenou na atomistickém modelu. Zjistili jsme, že výsledky jednotlivých metod se na modelu supermřížky složené z velmi tenkých vrstev dobře shodují. Další část je věnovaná růstovým simulacím založeným na kontinuální aproximaci povrchové difúze. Studovali jsme vliv nelineárních členů v evoluční rovnici na výsledný tvar povrchu jednotlivé heteroepitaxní vrstvy a supermřížky. Zaměřili jsme se na vliv nelineárního konzervativního KPZ členu a efektu smáčecí vrstvy. Zjistili jsme, že na rozdíl od KPZ členu hraje podstatnou roli efekt smáčecí vrstvy. Morfologie supermřížek byla studována experimentálně pomocí vysokoúhlové rentgenové difrakce a rentgenové difrakce pod malým úhlem dopadu. V teoretické části je popsána aproximativní metoda umožňující určení parametrů laterální modulace přímo z naměřených dat v difrakci pod malým úhlem dopadu. Experimentálně jsme zkoumali dva typy vzorků. První typ obsahuje 100 period supermřížky. Na tomto vzorku jsme studovali morfologii laterálně uspořádané supermřížky. Druhým typem byla série vzorků rostlých za stejných podmínek lišících se pouze počtem deponovaných vrstev. Experimentální výsledky získané na této sérii vzorků jsme srovnali s výsledky dosaženými numerickými simulacemi. Experimentální výsledky se shodují s numerickým modelem jak v hodnotě laterální periody modulace tak v modulační amplitudě.

Abstract:

Lateral compositional modulation in InAs/AlAs superlattices This thesis is devoted to a morphology of InAs/AlAs superlattices grown on InP (001) substrate. We have studied an evolution of a surface profile using numerical growth simulations and x-ray scattering experiments. An elastic strain field in the sample plays substantial role in both numerical growth simulations and an analysis of x-ray experiments. We describe two methods based on a continuum elasticity theory and one atomistic methods for the strain calculation. Results obtained by various computational methods in the system of short-period superlattice are compared and a good agreement is found. In the following, numerical simulations based on a continuum approach of a surface diffusion are presented. On systems of a single heteroepitaxial layer and superlattice we have studied effects of various nonlinear terms on a resulting superlattice morphology. We focused especially on a nonlinear conservative KPZ term and a wetting effect. It was found that, in contrast to KPZ term, a wetting effect plays a substantial role in the resulting lateral composition modulation. Diffuse x-ray scattering experiments in high-angle x-ray diffraction and grazing-incidence geometries were used to study morphology of the superlattices. In a theoretical section we present an approximative method allowing a direct determination of lateral modulation parameters from a grazing-incidence diffraction experiments. Experiments were performed on two types of samples. The first sample has 100 superlattice periods; on this sample we studied the morphology of a laterally modulated superlattice. The second type was a series of samples grown under the same deposition condition, the samples vary with the number of superlattice periods. The results obtained on the series of samples were compared to the numerical simulations. We have found good quantitative agreement of the numerical simulations to the experimental data in a lateral modulation period as well as modulation amplitude.

Keywords

rentgenová difrakce pod malým úhlem, difúzní rozptyl, samouspořádávací procesy, kvantové dráty, supermřížky, III-V polovodiče, grazing-incidence X-ray diffraction, diffuse scattering, self-organization processes, quantum wires, superlattices, III-V semiconductors

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 20. 4. 2007

Thesis defence

• Date of defence: 20. 4. 2007
• Supervisor: prof. RNDr. Václav Holý, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Physics / Solid Matter Physics