karakterisasi lapisan film tipis gaas yang

23
KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG DITUMBUHKAN DENGAN METODE MOCVD DI ATAS SUBSTRATE Ge DISERTASI Oleh MULA SIGIRO 108108002 PROGRAM DOKTOR ILMU FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013 Universitas Sumatera Utara

Upload: lykiet

Post on 19-Jan-2017

242 views

Category:

Documents


5 download

TRANSCRIPT

Page 1: KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG

KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG DITUMBUHKAN DENGAN METODE MOCVD DI ATAS

SUBSTRATE Ge

DISERTASI

Oleh

MULA SIGIRO

108108002

PROGRAM DOKTOR ILMU FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2013

Universitas Sumatera Utara

Page 2: KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG

KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG DITUMBUHKAN DENGAN METODE MOCVD DI ATAS

SUBSTRATE Ge

DISERTASI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor dalam Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sumatera Utara dengan wibawa Rektor Universitas Sumatera Utara Profesor Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, MSc (CTM), SpA(K)

Oleh

MULA SIGIRO

NIM : 108108002

PROGRAM DOKTOR ILMU FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2013

Universitas Sumatera Utara

Page 3: KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG

Judul Disertasi : KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG DITUMBUHKAN DENGAN METODE MOCVD DI ATAS SUBSTRATE Ge Nama : MULA SIGIRO Nomor Pokok : 108108002 Program Studi : Doktor Ilmu Fisika

Menyetujui

Komisi Pembimbing

(Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc) Promotor

(Dr. Marhaposan Situmorang) (Prof. Drs. Motlan, M.Sc, PhD) Co-Promotor Co-Promotor

Ketua Program Studi Dekan (Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc) (Dr. Sutarman, M.Sc)

Universitas Sumatera Utara

Page 4: KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG

PROMOTOR

Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc

Guru Besar Fisika Bidang Fisika Material

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sumatera Utara

Co – Promotor

Dr. Marhaposan Situmorang

Dosen Senior Fisika Terapan

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sumatera Utara

Co – Promotor

Prof. Drs. Motlan, M.Sc., PhD

Guru Besar Fisika Bidang Material

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Negeri Medan

Universitas Sumatera Utara

Page 5: KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG

Telah diuji pada

Tanggal 22 Juni 2013

PANITIA PENGUJI DISERTASI

Ketua : Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc

Anggota : Prof. Drs. Motlan, M.Sc, PhD

Dr. Marhaposan Situmorang

Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc

Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.Si

Dr. Muhammad Syukri, MT

Universitas Sumatera Utara

Page 6: KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG

PERNYATAAN ORISINALITAS

Disertasi ini adalah karya penulis sendiri , dan semua sumber baik yang dikutip

maupun dirujuk telah penulis nyatakan dengan benar.

Nama : Mula Sigiro

Nomor Pokok : 108108002

Universitas Sumatera Utara

Page 7: KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG

BIODATA SINGKAT

Penulis lahir di Tungkam Jaya, Kabupaten Langkat, Sumatera Utara pada tanggal 05

April 1985. Merupakan anak ke lima dari lima besaudara dari mendiang Ayahanda

Arnis Sigiro dan mendiang Ibunda Br. Saragi.

Pendidikan Formal:

1991 – 1997, SD Negeri 056401 Tungakam Jaya, Kecamatan Besitang, Langkat.

1997 – 2000, SMP Swasta OSNI Tungkam Jaya, Kecamatan Besitang, Langkat.

2000 – 2003, SMA MITRA INALUM Tanjung Gading, Batu Bara

2003 – 2004, Pendidikan Matematika, FKIP Universitas Riau, Pekanbaru.

2004 – 2008, Jurusan Fisika, FMIPA Universitas Sumatera Utara, Medan

2008 – 2010, Magister Ilmu Fisika, FMIPA Universitas Sumatera Utara, Medan

2009 – 2010, Akta Mengajar IV, FKIP Universitas Darma Agung, Medan

2010 – 2013, Doktor Ilmu Fisika, FMIPA Universitas Sumatera Utara, Medan.

2012 – Sekarang, PhD Candidate, Department of Electronic and Computer

Engineering, National Taiwan University of Science and Technology (NTUST)

Taiwan Tech, Taipei.

Riwayat Pekerjaan:

2008 – 2009, Guru Fisika SMA ST. Thomas 1, Medan

2008 – 2009, Tentor Fisika di Bimbingan Belajar Quantum .

2008 – 2009, Dosen Honor Program Studi Ilmu Keperawatan, Universitas Darma

Agung, Medan.

Universitas Sumatera Utara

Page 8: KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG

2008 – Sekarang, Direktur Utama Komunitas Pengembangan Olimpiade Sains

dan Tenaga Pendidik Indonesia (KPOSTPI), Medan.

2010 – 2011, Dosen Honor Fisika dan Matematika di STMIK POTENSI

UTAMA, Medan.

2010 – 2011, Dosen Honor Fisika dan Matematika di Universitas Pembangunan

Masyarakat Indonesia (UPMI), Medan

2010 – Sekarang, Dosen Tetap Jurusan Pendidikan Fisika, FKIP Universitas

HKBP Nommensen (UHN), Medan.

2011 – Sekarang, President Asia International Foundation (AIF), Medan.

2012 – Sekarang, Assistant Researcher, Group of Optoelectronic and

Semiconductor, Department of Electronic and Computer Engineering, NTUST –

Taiwan Tech, Funded by National Science Council (NSC) Taiwan.

Universitas Sumatera Utara

Page 9: KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG

i

KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG DITUMBUHKAN DENGAN METODE MOCVD DI ATAS SUBSTRATE Ge

ABSTRAK

Lapisan film tipis GaAs dengan variasi ketebalan 350 nm, 500 nm, dan 1 µ m

yang ditumbuhkan di atas substrat Ge dengan teknik MOCVD telah

dikarakterisasi menggunakan Raman spectroscopy, Photoluminesence

spectroscopy, Piezoreflectance spectroscopy, Transmittance spectroscopy, dan

SEM. Dengan Raman spectroscopy dianalisis pengaruh carrier concentration

terhadap Raman selection rule dan hanya memenuhi untuk GaAs yang memiliki

carrier concentration rendah. GaAs yang dilapisi AlAs menghasilkan intensitas

photoluminescence yang derastis menurun pada suhu 100K apabila memiliki nilai

carrier concentration tinggi dan hasil dari semua sampel memperlihatkan bahwa

kenaikan suhu akan menurunkan intensitas pada GaAs. Semua spektrum dari

GaAs pada Piezoreflectance menghasilkan dua fitur eksiton pada suhu kamar dan

tiga fitur eksiton pada suhu rendah. Dengan Transmittance spectroscopy, GaAs

yang bersifat polar bisa dimaksimalkan nilai NBE nya terhadap Ge yang nonpolar

yakni dengan cara mengubah miscut substrat Ge. Analisis SEM memperlihatkan

bahawa nilai carrier concentration yang tinggi belum tentu menghasilkan

kekerasan bahan yang tinggi, namun lebih dipengaruhi oleh ketebalan GaAs dan

jenis tipe GaAs serta bahan yang melapisinya.

Kata kunci : Film Tipis GaAs, MOCVD, Substrate Ge, Carrier

Concentration, Karakterisasi

Universitas Sumatera Utara

Page 10: KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG

ii

CHARACTERIZATION OF THIN FILM GaAs LAYER THAT GROWN

WITH MOCVD METHOD ABOVE Ge SUBSTRATE

ABSTRACT

Thin epitaxial GaAs films, with thickness varying are 350 nm, 500 nm, and 1 µ m

were grown by metalorganic chemical vapour deposition (MOCVD) on Ge

substrate. All sample characterized by Raman spectroscopy, Photoluminesence

spectroscopy, Piezoreflectance spectroscopy, Transmittance spectroscopy, and

Scanning Electron Microscope (SEM). With Raman spectroscopy analyzed the

influence of carrier concentration on the Raman selection rule and only conform

for GaAs with low carrier concentration. GaAs that coated AlAs produces a

higher photoluminescence intensity decreases at temperatures 100K if they have

high carrier concentration value and the results of all the samples showed that the

temperature rise will reduce the intensity of the GaAs. All spectra of GaAs on

Piezoreflectance produced two excitons feature at room temperature and three

excitons feature at low temperatures. With Transmittance spectroscopy, NBE of

GaAs as plar material can be maximized its value on the Ge as nonpolar by

changing the miscut of Ge substrate. SEM analysis showed that high carrier

concentration value does not necessarily produce high hardness materials, but

rather is influenced by the thickness and the types of GaAs and its coating

materials.

Keywords : Thin Film GaAs, MOCVD, Ge Substrate, Carrier Concentration,

Characterization

Universitas Sumatera Utara

Page 11: KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG

iii

UCAPAN TERIMA KASIH

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, berkat

karunia dan anugerah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas disertasi

ini dengan baik. Pada kesempatan ini penulis dengan tulus menyampaikan ucapan

terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Rektor Universitas Sumatera Utara

Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, MSc (CTM), SpA(K), Direktur

Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara Bapak Prof.Dr.Ir. Rahim

Matondang MSIE , Dekan FMIPA Bapak Dr.Sutarman,MSc, ketua Program S3

Fisika Bapak Dr. Nasruddin MN, M.Eng.,Sc, dan sekretaris Program S3 Fisika

Bapak Dr. Anwar Dharma Sembiring, M.Si sekaligus sebagai penguji, atas

kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti pendidikan di

Program Doktor Ilmu Fisika di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

(FMIPA) Universitas Sumatera Utara Medan.

Terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan yang tinggi juga penulis

sampaikan kepada :

1. Bapak Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc, selaku dosen/Promotor

yang telah banyak meluangkan waktu untuk memberikan pengarahan dan

bimbingan dalam penulisan disertasi ini serta memberikan rekomendasi

tertulis dalam melamar beasiswa riset ke National Taiwan University of

Science and Technology (NTUST) Taiwan Tech.

2. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang, selaku Co-Promotor yang telah

memberikan kesempatan, bimbingan, pengarahan dan bantuan dalam

menyelesaikan penulisan disertasi ini serta memberikan rekomendasi

tertulis dalam melamar beasiswa riset ke National Taiwan University of

Science and Technology (NTUST) Taiwan Tech.

3. Bapak Prof. Drs. Motlan, M.Sc, PhD, selaku Co-Promotor yang telah

memberikan kesempatan, bimbingan, pengarahan dan bantuan dalam

menyelesaikan penulisan disertasi ini.

Universitas Sumatera Utara

Page 12: KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG

iv

4. Bapak Prof. Eddy Marlianto, M.Sc, PhD, yang memberikan rekomendasi

tertulis dalam melamar beasiswa riset ke National Taiwan University of

Science and Technology (NTUST) Taiwan Tech.

5. Bapak Dr. Muhammad Syukri, MT selaku penguji dari jurusan Fisika,

Universitas Syiah Kuala, Aceh atas masukan dan arahan yang diberikan

kepada penulis.

6. Bapak Prof. Ying Sheng Huang, PhD, atas bimbingan dan kesempatan

yang diberikan untuk mengerjakan penelitian ini di Semiconductors and

Characterization Laboratory, Department of Electronic and Computer

Engineering, National Taiwan University of Science and Technology

(NTUST) Taiwan Tech.

Ucapan terima kasih juga sedalam-dalamnya penulis sampaikan kepada orang tua,

Ayahanda Arnis Sigiro (Almarhum), Ibunda Albina br. Saragi (Almarhum), Abang

dan Akkang (Marni Cintani Sigiro, Sondang Metanoya Sigiro dan Amos Sigiro),

Kakak dan Lae (Ester Situmorang), Kakak dan Lae ( Bora Sitorus dan Grace Sitorus),

Kakak dan Lae ( Siti Maria Malau, Flori Erbina Malau, Ovi Sensius Malau) yang

telah membesarkan, merawat, mendidik dan menyekolahkan saya hingga menempuh

pendidikan doktoral. Kepada teman KTB Amazing Grace (Daniel Purba, Vera, Henni

Sitompul, K’Juni Sinarinta Purba, K’ Julika Hutapea, dan K’ Sonak Tiora Tarigan),

adek-adek di Kelompok Kecil The Upper (Riwandi Yusuf Siregar, Febri Iskandar

Samosir, Jimmi Tessa Samosir, Martianus Natalegawa Perangin-angin, Sandro

Novaldi Ginting), adek-adek di Kelompok Kecil “The Upper” (Perdana Okto Manik,

L.Martin L Simorangkir, Hiras Sitanggang, Albert Daniel Saragih), adek-adek di

Kelompok Kecil Talithakum (Mori Yana Sitepu, Sri Devi Sembiring, Novelly

Situmorang, Lesti Simarmata, Leo Saragih, Fransen Siadari), adek-adek di Kelompok

Kecil Bible Camp (Bita, Rima, Ferdinan, Lowrenta), dan Exkord KMK UP FMIPA

USU 2008 atas doa-doanya sehingga penulis dapat menyelesaikan disertasi ini

dengan baik. Secara khusus juga saya mengucapkan terimakasih kepada kekasihku

Lusi Victoria Lumban Gaol yang begitu bersabar mendoakan setiap kekurangan dan

kelemahan saya selama ini dan atas semangat yang diberikan selama ini, semoga

kedepan kita semakin dimampukan Tuhan dalam menggapai Visi dan mengerjakan

panggilan-Nya dengan taat.

Universitas Sumatera Utara

Page 13: KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG

v

Ucapan terima kasih yang tulus juga saya sampaikan kepada rekan-rekan mahasiswa

Program Doktor Ilmu Fisika Universitas Sumatera Utara angkatan 2010 dan admin

sekretariat Prodi S3 Fisika K’Windi dan B’Ridwan yang tetap memberikan semangat

dan dukungan kepada penulis selama menempuh pendidikan doktor. Semoga

kebanggaan ini menjadi kebanggaan semua orang-orang yang saya cintai. Semoga

kita diberi berkat dan rahmat-Nya dalam memanfaatkan segala ilmu yang sudah

penulis terima. Amin

Medan, 22 Juni 2013

Mula Sigiro

Universitas Sumatera Utara

Page 14: KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG

vi

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK …………………………………………………………… i

ABSTRACT …………………………………………………………… ii

UCAPAN TERIMA KASIH …………………………………………… iii

DAFTAR ISI …………………………………………………………… vi

DAFTAR TABEL …………………………………………………… ix

DAFTAR GAMBAR …………………………………………………… xi

BAB I PENDAHULUAN ……………………………………. 1

1.1 Latar Belakang ……………………………………. 1

1.2 Batasan Masalah ……………………………………. 6

1.3 Perumusan Masalah ………………………………… 6

1.4 Tujuan Penelitian …………………………………… 7

1.5 Manfaat Penelitian ………………………………….. 7

1.6 Lokasi dan Waktu Penelitian ……………………….. 8

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ………………………………… 10

2.1 Material Semikonduktor Paduan III-V ……………… 10

2.1.1 Material GaAs, Ge, dan AlAs ……………… 11

2.2 Penumbuhan Bahan Semikonduktor

Paduan III-V (GaAs) ………………………………… 13

2.3 Karakterisasi Bahan Semikonduktor

Paduan III-V (GaAs) ……………………………….. 17

2.3.1 Karakterisasi Menggunakan

Raman Spectroscopy ………………………… 18

2.3.2 Karakterisasi Menggunakan

Universitas Sumatera Utara

Page 15: KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG

vii

Photoluminescence Spectroscopy …………… 26

2.3.3 Karakterisasi Menggunakan

Piezoreflectance Spectroscopy ……………… 28

2.3.4 Karakterisasi Menggunakan Transmittance …. 30

2.3.5 Karakterisasi Gambar Permukaan

Film Tipis GaAs/Ge ………………………… 31

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ………………………… 34

3.1 Informasi Sampel …………………………………….. 34

3.2 Prosedur Percobaan dan Peralatan yang Digunakan …. 35

3.2.1 Penumbuhan MOCVD (Metalorganic

Chemical Vapour Deposition) ……………………. 35

3.2.2 Karakterisasi Menggunakan

Raman Spectroscopy ……………………………. 37

3.2.3 Karakterisasi Menggunakan

Photoluminescence Spectroscopy ……………….. 38

3.2.4 Karakterisasi Menggunakan

Piezoreflectance Spectroscopy …………………... 40

3.2.5 Karakterisasi Menggunakan Transmittance ……... 42

3.2.6 Karakterisasi Gambar Permukaan

Film Tipis GaAs/Ge …………………………….. 43

3.3 Desain Penelitian ……………………………………. 44

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ………………………….. 45

4.1 Hasil Penelitian ………………………………………. 45

4.1.1 Karakterisasi Raman Spectroscopy …………….. 45

4.1.1.1 Tanpa Menggunakan Polarizer ……….. 45

4.1.1.2 Menggunakan Polarizer ………………. 47

4.1.1.3 Menggunakan Polarizer dan

Half Wave Plate ……………………… 52

Universitas Sumatera Utara

Page 16: KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG

viii

4.1.1.4 Spectrum Raman Subtrat Ge ………… 55

4.1.2 Karakterisasi Photoluminessence Spectroscopy .. 57

4.1.3 Karakterisasi Piezoreflectance Spectroscopy ….. 62

4.1.3.1 Piezoreflectance Pada Suhu Kamar ……. 62

4.1.3.2 Piezoreflectance Pada Suhu Rendah …… 63

4.1.4 Karakterisasi Transmittance Spectroscopy …….. 65

4.1.5 Karakterisasi Morpologi SEM …………………. 70.

4.2 Pembahasan ………………………………………….. 80

4.2.1 Karakterisasi Raman Spectroscopy ……………. 80

4.2.1.1 Perhitungan Teoritis (Bawaan Sampel) . 80

4.2.1.2 Tanpa Menggunakan Polarizer ………. 81

4.2.1.3 Menggunakan Polarizer ……………… 82

4.2.1.4 Menggunakan Polarizer dan

Half Wave Plate ……………………… 84

4.2.1.5 Spectrum Raman Subtrat Ge ………… 85

4.2.2 Karakterisasi Photoluminessence Spectroscopy .. 86

4.2.3 Karakterisasi Piezoreflectance Spectroscopy ….. 87

4.2.3.1 Hasil Fitting Pada Suhu Kamar ………... 87

4.2.3.2 Hasil Fitting Pada Suhu Rendah ………. 91

4.2.4 Karakterisasi Transmittance Spectroscopy ……. 95

4.2.5 Karakterisasi Morpologi SEM …………………. 97

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ………………………….. 98

5.1 Kesimpulan ……………………………………… 98

5.2 Saran ……………………………………………... 99

DAFTAR PUSTAKA …………………………………… 100

Universitas Sumatera Utara

Page 17: KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG

ix

DAFTAR TABEL

Tabel Judul Halaman

1.1 Key issues for realizing super high-efficiency

multi-junction solar cells ……………………………………. 2

2.1 Daftar Material Semikonduktor Paduan III-V ....................... 11

2.2 Properties of AlAs, GaAs, dan Ge (E. Fred Schubert) …….. 12

2.3 Nilai LO and TO untuk GaAs bulk ………………………… 20

2.4 Parameter sampel GaAs oleh V.I Zemski, et al., (1975) …… 21

2.5 Perhitungan Parameter sampel GaAs

oleh V.I Zemski, et al., (1975) ………………………. 22

2.6 Parameter sampel oleh H. Shen dan F.H Pollak (1985) ……. 24

2.7 Backscatering sample GaAs/Ge yang

digunakan dalam penelitian ini ……………………………… 26

4.1 Summary of Phonon Plasmon Theoretical ………………….. 80

4.2 Intensitas dan frekwensi phonon GaAs ................................... 81

4.3 Optical Frequency for Ge …………………………………… 85

4.4 FWHM for Ge ……………………………………………… 85

4.5 Summary of Piezoreflectance measurements

Universitas Sumatera Utara

Page 18: KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG

x

for AlAs/GaAs/Ge at RT …………………………………… 89

4.6 Summary of Piezoreflectance measurements

for AlAs/GaAs/Ge at LT ……………………………………. 93

4.7 Summary of Transmittance measurements

for AlAs/GaAs/Ge …………………………………………... 95

Universitas Sumatera Utara

Page 19: KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG

xi

DAFTAR GAMBAR

Gambar Judul Halaman

2.1 GaAs dan Struktur Kristalnya ................................................... 13

2.2 AlAs dan Struktur Kristalnya ................................................... 13

2.3 Ge dan Struktur Kristalnya ....................................................... 13

2.4 Hasil TEM dari GaAs yang terdiri dari beberapa APDs

yang ditumbuhkan diatas substrat Ge ....................................... 15

2.5 APDs GaAs pada (a) Suhu rendah (b) Suhu tinggi ................... 16

2.6 Hasil TEM penampang lintang dari GaAs/As/Ge/Si

yang ditumbuhkan pada rasio V/III = 20 (a) Unannealed

Ge/Si substrate and (b) Ge/Si substrate annealed at 6500C ...... 17

2.7 Skema transisi Raman ………………………………………... 19

2.8 trum Raman untuk GaAs bulk yang

dilakukan oleh penulis………………………………………… 20

2.9 Kurva plasmon-phonon untuk sample Gas table diatas

oleh V.I Zemski, et al., (1975): (a) 3.4 x 1017 cm-3,

(b) 5x1017 cm-3, dan (c) 6.7x1017 cm-3 ………………………... 22

2.10 Kurva plasmon-phonon untuk sample GaAs F(782-8A) ……… 24

2.11 Backscattering pada Raman untuk sample yang digunakan ……… 25

2.12 77K PL spectra of three undoped GaAs films deposited

on Ge with GaAs film thickness respectively equal to 140 nm

(dashed line), 300 nm (dotted line) and 600 nm (solid line)......... 26

2.13 Room temperature PL comparison of 1 mm un-doped GaAs

layer grown on exact (001) Ge substrate and on polished

Ge/Si substrate.............................................................................. 27

2.14 Temperature 17 K photoluminescence spectrum of the

GaAsbased heterostructure grown by molecular beam epitaxy

shown in the inset and used to form the PBG material.

(Pallab Bhattacharya, at al., 1999)............................................. 27

Universitas Sumatera Utara

Page 20: KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG

xii

2.15 Room·temperature (293·K) PzR, TER, and PR spectra

of a SI:GaAs sample. (Richard L. Tober and John

D. Bruno, 1990)......................................................................... 28

2.16 Piezoreflectance spectrum at 20 K of ZnSe epilayer on (001)

GaAs in the vicinity of the direct gap of ZnSe. (F.H Pollak

and H. Shen, 1993) .................................................................... 29

2.17 100 K differential-photoluminescence spectra. (a) Wavelength

-modulation spectrum. (b) Piezomodulation spectrum.

(H. Mathieu, et al., 1991) .......................................................... 29

2.18 (a) intensity (solid line) and phase (dashed line) properties

of transmission pulse after GaAs film (L = 300 nm)

experimentally obtained in spectral and temporal domain,

respectively; (c) reflection pulse from GaAs film (L = 300 nm)

in spectral and temporal domain; (e) reflection pulse from GaAs

bulk (L = 300 mm) in spectral and temporal domain.

(Y. Ogawa, et al., 2006) .............................................................. 30

2.19 Hasil image Microscope (G. Brammertz, et al., 2006) ................ 31

2.20 Hasil image SEM untuk penampang lintang

(cross section) (G. Brammertz, et al., 2006) ................................ 32

2.21 Cross-section SEM image of GaAs overgrown on polished Ge

film grown on SiO2 trench patterned Si(001) substrate................... 33

3.1 Struktur dari 10 sampel yang dikarakterisasi ............................... 34

3.2 Thomas Swan MOCVD reaktor ................................................... 35

3.3 Skematik maskset tempat penumbuhan lapisan tipis GaAs.

Bagian warna putih adalah SiO2 sedangkan warna hitam

adalah Ge substrat. (Guy Brammertz, et al., 2006) ...................... 36

3.4 Raman Spectroscopy ................................................................... 37

3.5 Photoluminescence Spectroscopy (PL) ....................................... 38

3.6 PL set up .............................................................................. 39

3.7 Piezoreflectance Spectroscopy (PL) ............................................ 40

3.8 PzR setup .................................................................................... 41

3.9 Transmittance ............................................................................. 42

Universitas Sumatera Utara

Page 21: KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG

xiii

3.10 Transmittance Setup ................................................................... 43

3.11 SEM ........................................................................................... 43

3.12 Desain Penelitian ....................................................................... 44

4.1 Spektrum Raman unpolarized (1) ............................................. 45

4.2 Spektrum Raman unpolarized (2) .............................................. 46

4.3 Sepektrum Raman GB022 ......................................................... 47

4.4 Sepektrum Raman GB034 ......................................................... 47

4.5 Sepektrum Raman GB037 ......................................................... 48

4.6 Sepektrum Raman GB038 ......................................................... 48

4.7 Sepektrum Raman GB044 ......................................................... 49

4.8 Sepektrum Raman GB045 ......................................................... 49

4.9 Sepektrum Raman GB046 ......................................................... 50

4.10 Sepektrum Raman GB097 ......................................................... 50

4.11 Sepektrum Raman GB098 ......................................................... 51

4.12 Sepektrum Raman GB105 ......................................................... 51

4.13 Sepektrum Raman GB022 dan GB034 ...................................... 52

4.14 Sepektrum Raman GB037 dan GB038 ...................................... 52

4.15 Sepektrum Raman GB044 dan GB045 ...................................... 53

4.16 Sepektrum Raman GB046 dan GB097 ...................................... 53

4.17 Sepektrum Raman GB098 dan GB105 ...................................... 54

4.18 Spektrum Raman dari substrat sample GB022,GB034,

GB037,GB038, GB044 ………………………………………. 55

4.19 Spektrum Raman dari substrat sample GB045,GB046,

GB097,GB098, GB105 ………………………………………. 56

4.20 Sepektrum Photoluminescence (PL) GB022 .......................... 57

4.21 Sepektrum Photoluminescence (PL) GB034 .......................... 57

4.22 Sepektrum Photoluminescence (PL) GB037 .......................... 58

4.23 Sepektrum Photoluminescence (PL) GB038 .......................... 58

4.24 Sepektrum Photoluminescence (PL) GB044 .......................... 59

4.25 Sepektrum Photoluminescence (PL) GB045 ......................... 59

4.26 Sepektrum Photoluminescence (PL) GB046 .......................... 60

4.27 Sepektrum Photoluminescence (PL) GB097 .......................... 60

Universitas Sumatera Utara

Page 22: KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG

xiv

4.28 Sepektrum Photoluminescence (PL) GB098 .......................... 61

4.29 Sepektrum Photoluminescence (PL) GB105 .......................... 61

4.30 Spektrum PzR untuk GB022, GB034, GB037 dan GB038 ... 62

4.31 Spektrum PzR untuk GB044, GB045, GB046 dan GB097 ... 62

4.32 Spektrum PzR untuk GB098 dan GB105 .............................. 63

4.33 Spektrum PzR (LT) untuk GB022, GB034, GB037 dan GB038 63

4.34 Spektrum PzR (LT) untuk GB044, GB045, GB046 dan GB097 64

4.35 Spektrum PzR (LT) untuk GB098 dan GB105 ...................... 64

4.36 Spektrum Transmittance untuk GB022 .................................. 65

4.37 Spektrum Transmittance untuk GB034 .................................. 65

4.38 Spektrum Transmittance untuk GB037 .................................. 66

4.39 Spektrum Transmittance untuk GB038 .................................. 66

4.40 Spektrum Transmittance untuk GB044 .................................. 67

4.41 Spektrum Transmittance untuk GB045 .................................. 67

4.42 Spektrum Transmittance untuk GB046 .................................. 68

4.43 Spektrum Transmittance untuk GB097 .................................. 68

4.44 Spektrum Transmittance untuk GB098 .................................. 69

4.45 Spektrum Transmittance untuk GB105 .................................. 69

4.46 Morpologi SEM GB022 ......................................................... 70

4.47 Morpologi SEM GB034 ........................................................ . 71

4.48 Morpologi SEM GB037 ......................................................... 72

4.49 Morpologi SEM GB038 ......................................................... 73

4.50 Morpologi SEM GB044 ......................................................... 74

4.51 Morpologi SEM GB045 ......................................................... 75

4.52 Morpologi SEM GB046 .......................................................... 76

4.53 Morpologi SEM GB097 ......................................................... 77

4.54 Morpologi SEM GB098 ......................................................... 78

4.55 Morpologi SEM GB098 ......................................................... 79

4.56 Hasil Fitting PzR (RT) GB022 dan GB034 ............................ 87

4.57 Hasil Fitting PzR (RT) GB037 dan GB038 ............................ 87

4.58 Hasil Fitting PzR (RT) GB044 dan GB045 ............................ 88

4.59 Hasil Fitting PzR (RT) GB046 dan GB097 ............................ 88

Universitas Sumatera Utara

Page 23: KARAKTERISASI LAPISAN FILM TIPIS GaAs YANG

xv

4.60 Hasil Fitting PzR (RT) GB098 dan GB105 ............................ 89

4.61 Grafik Excitonic Transition PzR (RT) .................................... 90

4.62 Grafik Broadening Parameter PzR (RT) ................................. 90

4.63 Hasil Fitting PzR (LT) GB022 dan GB034 ............................ 91

4.64 Hasil Fitting PzR (LT) GB037 dan GB038 ............................ 91

4.65 Hasil Fitting PzR (LT) GB044 dan GB045 ............................ 92

4.66 Hasil Fitting PzR (LT) GB046 dan GB097 ............................ 92

4.67 Hasil Fitting PzR (LT) GB098 dan GB105 ............................ 93

4.68 Grafik Excitonic Transition PzR (LT) .................................... 96

4.69 Grafik Broadening Parameter PzR (LT) ................................. 96

4.70 Grafik Excitonic Transition Transmittance ............................ 96

Universitas Sumatera Utara