Růst InGaN/GaN scintilačních heterostruktur

Ing. Tomáš Hubáček

Doctoral thesis

The growth of InGaN/GaN scintillation heterostructures

Abstract:

Devices based on nitride semiconductors are nowadays a part of our daily life. They are for example widely spread in blue light emitting diodes. This thesis is focused on a new application of nitride semiconductors which is a scintillation detector. This detector is based on InGaN/GaN multiple quantum well heterostructures and requires very efficient and fast luminescence response without any slow defect bands in luminescence spectra. In this thesis we have used Metal Organic Vapour Phase Epitaxy for the growth of these structures. We have improved a luminescence quality of GaN buffer layers by using different growth parameters and significantly suppressed slow yellow luminescence. By increasing QW number we have increased the thickness of InGaN/GaN heterostructures up to 1 ?m which is necessary for more efficient scintillation detectors. With such thick structures come a lot of problems, such as increase of the strain in the structure or too big surface defects (called V pits). These problems are discussed in this work as well. This thesis puts emphasis on the epitaxial growth of these structures. Based on the results obtained during this work, it seems that our proposed structure is suitable for scintillation detectors and it could be used in some commercial applications in the future.

Abstract:

Zařízení na bázi nitridových polovodičů jsou součástí našeho každodenního života. Rozšířená a používaná jsou například v modrých světlo emitujících diodách. Tato práce zkoumá novou možnost využití nitridových polovodičů, kterou je scintilační detektor. Detektor je tvořen heterostrukturami na bázi InGaN/GaN mnohonásobných kvantových jam a vyžaduje velice účinnou a rychlou luminiscenční odezvu bez pomalých defektních pásů v luminiscenčních spektrech. Pro růst těchto struktur jsme použili organokovovou epitaxi z plynné fáze. Pomocí různých růstových parametrů jsme zlepšili luminiscenční vlastnosti GaN podkladových vrstev, kde jsme potlačili pomalou defektní žlutou luminiscenci. Zvýšením počtu kvantových jam bylo dosaženo tloušťky InGaN/GaN heterostruktury téměř 1 ?m. Takto tlustá struktura je nezbytná pro účinný scintilační detektor, avšak vzhledem k této tloušťce jsme narazili na mnoho problémů, jakými jsou například zvýšení napětí ve struktuře nebo příliš velké povrchové defekty (nazývané V-pity). Diskuze těchto problémů je také součástí práce. Disertační práce klade důraz na epitaxní růst scintilačních struktur. Na základě poznatků získaných v průběhu zkoumání nitridových scintilačních heterostruktur se zdá, že naše navrhovaná struktura je vhodná jako scintilační detektor a mohla by být v blízké budoucnosti použita v některých komerčních aplikacích.

Keywords

MOVPE, InGaN/GaN heterostruktury, scintilátor, rychlý dosvit

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 6. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 1. 6. 2020
• Supervisor: prof. Ing. Eduard Hulicius, CSc.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechatronics, Informatics and Interdisciplinary Studies

Doctoral programme / field:
Applied Science in Technology / Applied Science in Technology