Molecular beam epitaxial growth of ZnSe on (211)B GaAs

Abstract

The Mercury Cadmium Telluride (Hg1-xCdxTe) play important role for infrared (IR) focal plane array application. It is grown on variety alternative substrates which are Si, Ge, GaAs or GaSb. When GaAs is compared with the others alternative substrate, it is more preferable due to having good surface polarity and also easily commercially available of high quality. When HgCdTe epilayer is grown directly on the GaAs substrate, there exist some dislocations in the epilayer due to large lattice mismatch between HgCdTe and GaAs substrate.The CdTe semiconductor is grown like a buffer layer to reduce dislocation in the HgCdTe epilayer grown on GaAs or other alternative substrate [1].The crystal quality of CdTe buffer layer directly affected HgCdTe epilayer. Therefore, CdTe needed to be low defect density.Because of %14.6 lattice mismatch between CdTe and GaAs [2], some defects are observed in CdTe buffer layer. ZnSe epilayer can be used to decrease lattice mismatch between CdTe and alternative substrate. When ZnSe interlayers are grown with high quality, CdTe affects positively. The aim of this theses is the growth of ZnSe epilayer films on (211) GaAs substrates by molecular beam epitaxy (MBE). The effect of growth temperature, VI/II flux ratio and deoxidation process with In and As were studied in this study. Crystal qualities of films were investigated by using X-ray diffraction. The surface morphology of ZnSe films were analyzed by atomic force microscopy and Nomarski microscopy. Vibrational phonon modes, thermal and elastic strains of ZnSe epilayer were observed by using Raman spectroscopy.

Cıva Kadmiyum Tellür (HgCdTe), kızılötesi fokal düzlem dizini uygulamaları için önemli bir rol oynar. Si, Ge, GaAs ya da GaSb gibi çeşitli alt-tabanlar üzerine büyütülebilir. GaAs iyi bir yüzey polaritesine ve bunun yanında yüksek kalitede ticari olarak bulunduğu için, diğer alt-tabanlar ile kıyaslandığı zaman daha çok tercih edilir. HgCdTe filmi direk olarak GaAs yüzeyine büyütüldüğün de, HgCdTe ile GaAs arasında büyük örgü uyumsuzluğu olduğu için HgCdTe bazı dislokasyonlar oluşur. GaAs yüzeyine ya da diğer alt-tabanlar üzerine büyütülen HgCdTe de oluşan dislokasyonları düşürmek için, CdTe yarıiletkeni HgCdTe ve GaAs arasına tampon katman olarak büyütülür. CdTe tampon katmanın kristal kalitesi HgCdTe’ı doğrudan etkiler. Bu yüzden CdTe düşük kusur yoğunluğuna sahip olmalıdır. GaAs ve CdTe örgü uyumsuzluğu %14.6 olduğu için, CdTe tampon katmanında bazı kusurlar gözlemlenir. ZnSe ara katmanı CdTe ve alt-tabanlar arasındaki örgü uyumsuzluğunu düşürmek için kullanılabilir. ZnSe ara katmanı yüksek kalitede büyütüldüğü zaman, CdTe filmi pozitif olarak etkilenir. Bu tezin amacı ZnSe ara katmanının GaAs(211)B yüzeyine Moleküler Demet Epitaksiyel (MBE) ile büyütülmesidir. Bu çalışmada, büyütme sıcaklığı, VI/II akı oranı, In ve As ile yapılan deoksidasyon adımları çalışılmıştır. Filmlerin kristal kalitesi X-ışın kırınımı (XRD) ile tahmin edilmiştir. Yüzey morfolojisi atomik kuvvet mikroskobu ve Nomarski mikroskobu ile analiz edilmiştir. ZnSe ara katmanının titreşimli fonon modları, termal ve elastik gerilimleri Raman spektroskobisi kullanılarak gözlemlenmiştir.