Theory of MOCVD Growth of III-V Nanowires on Patterned Substrates

Abstract

An analytic model for III-V nanowire growth by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) in regular arrays on patterned substrates is presented. The model accounts for some new features that, to the author’s knowledge, have not yet been considered. It is shown that MOCVD growth is influenced by an additional current into the nanowires originating from group III atoms reflected from an inert substrate and the upper limit for the group III current per nanowire given by the total group III flow and the array pitch. The model fits the data on the growth kinetics of Au-catalyzed and catalyst-free III-V nanowires quite well and should be useful for understanding and controlling the MOCVD nanowire growth in general.

Кинетика Радиального Роста Нитевидных Нанокристаллов Полупроводниковых Соединений III-V При Газофазной Эпитаксии

“…Этот подход был развит для случая МПЭ-роста в работе [19]. В [20] была предложена модель ГФЭ-роста III−V ННК на маскированных подложках.…”

“…Описание радиального роста ННК при ГФЭ требует рассмотрения двух диффузионных длин адатомов на боковой поверхности ННК, одна из которых (λ inc 3 ) лимитирована встраиванием в эту поверхность, а другая (λ des 3 ) -десорбцией [20]. Радиальный рост имеет место только при λ inc 3 < λ des 3 , в противном случае ННК имеют постоянный радиус.…”

“…Радиальный рост имеет место только при λ inc 3 < λ des 3 , в противном случае ННК имеют постоянный радиус. В предположении постоянства объема капли при ПЖК-росте (которое является точным в случае СЭ) для коротких цилиндрических ННК радиуса R и длины λ inc 3 < L < λ des 3 были получены уравнения [20]:…”

“…Данный эффект объясняется тем, что увеличение объема ННК происходит за счет сбора атомов группы III со всей длины ННК, а возрастание длины -за счет сбора адатомов только с верхней части ННК высоты λ inc 3 . Кинетика роста ННК с длиной λ des 3 < L < L * (где L * -длина насыщения, по достижении которой массив ННК потребляет весь эффективный поток атомов группы III [2,19,20]) подчиняется уравнениям [20]:…”

Kinetics of radial growth of III-V nanowires in vapor phase epitaxy

“…This approach has been developed further in relation to MBE growth in [19]. A model of VPE growth of III−V NWs on masked substrates has been proposed in [20].…”