GaAs:n pintarakenne MBE kasvatuksessa: molekyylidynamiikan simulointi

Abstract

Tämä työ on osa Tampereen teknillisellä korkeakoululla toimivien Puolijohdefysiikan laboratorion, Optoelektroniikan tutkimuskeskuksen ja Pintatieteen laboratorion yhteistyöhanketta. Hankkeen tavoitteena on parantaa erityisesti 920 nm laservaloa tuottavien puolijohdekomponenttien laatua. Puolijohdekalvojen tärkeään valmistusmenetelmään, molekyylisuihkuepitaksiaan, liittyvät tekijät ovat keskeisiä kalvojen lopullisen rakenteen ja toiminnan kannalta. Yhdistepuolijohteiden pinnalla kasvatuksen aikana tapahtuvien pintailmiöiden tarkastelu luo mahdollisuuden ymmärtää ja hallita kasvatusprosessia entistä paremmin. Tässä työssä on tutkittu molekyylidynamiikan simuloinnin soveltuvuutta GaAs-pinnan rakenteen ja dynamiikan mallintamiseen korkeissa kasvatuslämpötiloissa. Materiaalina GaAs on ominaisuuksiltaan hyvin tunnettu ja sille on saatavissa toimivat simulointiparametrit. Tutkimuksen tuloksena osoitettiin, että molekyylidynamiikan simulointi on toimiva menetelmä GaAs-pinnan mallintamisessa. Tämän lisäksi saatiin kuvaus pinnan rakenteesta ja sen käyttäytymisestä adsorbaattien kannalta. Dynamiikan simuloinneilla osoitettiin, että tällä ja muilla (DFT ja kMC-menetelmiä käyttävillä) tutkimuksilla päästään samankaltaisiin tuloksiin. Molekyylidynamiikan rajoitukset liittyvät lähinnä lyhyeen aikaskaalaan, joka johtuu rajallisesta laskentakapasiteetista. /Kir10

This work is a part of a co-operational project between Semiconductor Physics Laboratory, Optoelectronics Research Centre and Surface Science Laboratory of Tampere University of Technology. The aim of the project is to increase the quality of semiconductor lasers emitting 920 nm light.Molecular Beam Epitaxy, which is an important fabrication method of semiconductor thin films, has several factors essential to the final structure and functionality of the film. Studies concerning the surface effects occuring during the growth on the compound semiconductors, creates a possibility to understand and control the process better.In this thesis, the applicability of molecular dynamics simulation of the structure and the modelling of dynamics of the GaAs surface at high growth temperetures has been studied. The material, GaAs, has well known properties and there exists a suitable set of simulation parametres.This study shows, that the molecular dynamics simulation can be used to simulate GaAs surface. In addition, a description of the surface and its behaviour under adsorbate exposure was done. Dynamical simulations showed that this and other studies (using DFT and kMC) give similiar results. The restrictions of the molecular dynamics concern mainly the short timescale due to limited computing capacity.