Fabrication of Indium Arsenide Quantum Dot Structure for Semiconductor Optical Ampliers

Tämä diplomityö tutkii itseorganisoidusti valmistettuja InAs kvanttipisteitä InGaAsP:n ja InP päällä. Työn tavoitteena on ollut sellaisen kvanttipisterakenteen valmistaminen, joka soveltuu optiseen puolijohdevahvistimeen (SOA) tietoliikenneaallonpituuksilla. Työtä varten valmistettiin InAskvanttipistenäytteitä metallo-organisella kaasufaasiepitaksialla. Työn näytteet karakterisoitiin fotoluminesenssi- ja atomivoimamikroskopiamittausmenetelmillä. InAs-saarekkeiden koko ja tiheys optimoitiin ensiksi sopivaksi SOA-rakennetta varten valmistamalla itseorganisoituvia InAs-saarekkeita suoraan InP päälle. Näitä tuloksia käytettiin optimoidun InGaAsP-kerroksen sisältävän rakenteen valmistuksessa. Atomivoimamikroskopiamittaus paljasti, että optimoidun rakenteen InAs-saarekkeet olivat keskimäärin 10 nm korkeita ja 30 nm leveitä. Kvanttipisteiden luminesenssipiikin maksimi havaittiin 1.56 µm aallonpituudella 10 K lämpötilassa.In this thesis, the properties of self-assembled InAs/InGaAsP/InP quantum dots (QD) have been investigated. The focus of this work was to fabricate such a structure that can be used in a telecommunication wavelength semiconductor optical amplifier (SOA). The examined InAs QD samples were fabricated by metalorganic vapor-phase epitaxy technique. Photoluminescence (PL) and atomic force microscopy (AFM) were used in the characterization of the optical and the structural properties of the samples, respectively. InAs island size and the areal density was first optimized for SOAs by growing self-assembled InAs islands directly on InP. These results were used to finalize the structure containing also InGaAsP waveguide layer. The AFM results of the final structure show that InAs islands were grown quite homogenously on InGaAsP with an average height of 10 nm and an average base diameter of 30 nm. The low temperature PL peak of InAs/InGaAsP/InP quantum dots was tuned to 1.56 µm wavelength

Yield and leakage currents of large area lattice matched InP/InGaAs heterostructures

Demonstrating and harnessing electroluminescent cooling at technologically viable cooling powers requires the ability to routinely fabricate large area high quality light-emitting diodes (LEDs). Detailed information on the performance and yield of relevant large area devices is not available, however. Here, we report extensive information on the yield and related large area scaling of InP/InGaAs LEDs and discuss the origin of the failure mechanisms based on lock-in thermographic imaging. The studied LEDs were fabricated as mesa structures of various sizes on epistructures grown at five different facilities specialized in the growth of III-V compound semiconductors. While the smaller mesas generally showed relatively good electrical characteristics and low leakage current densities, some of them also exhibited unusually large leakage current densities. The provided information is critical for the development and design of the optical cooling technologies relying on large area devices.Peer reviewe

Synchrotron radiation x-ray topography and defect selective etching analysis of threading dislocations in GaN

The crystal quality of bulk GaN crystals is continuously improving due to advances in GaN growth techniques. Defect characterization of the GaN substrates by conventional methods is impeded by the very low dislocation density and a large scale defect analysis method is needed. White beam synchrotron radiation x-ray topography (SR-XRT) is a rapid and non-destructive technique for dislocation analysis on a large scale. In this study, the defect structure of an ammonothermal c-plane GaN substrate was recorded using SR-XRT and the image contrast caused by the dislocation induced microstrain was simulated. The simulations and experimental observations agree excellently and the SR-XRT image contrasts of mixed and screw dislocations were determined. Apart from a few exceptions, defect selective etching measurements were shown to correspond one to one with the SR-XRT results.Peer reviewe

Nanolaminate structures fabricated by ALD for reducing propagation losses and enhancing the third-order optical nonlinearities

We demonstrate a novel atomic layer deposition (ALD) process to make high quality nanocrystalline titanium dioxide (TiO2) and zinc oxide (ZnO) with intermediate Al2O3 layers to limit the crystal size. The waveguide losses of TiO2/Al2O3 nanolaminates measured using the prism coupling method for both 633 nm and 1551 nm wavelengths are as low as 0.2 ± 0.1 dB/mm with the smallest crystal size. We also show that the third-order optical nonlinearity in ZnO/Al2O3 nanolaminates can be enhanced by nanoscale engineering of the thin film structure.Peer reviewe

Wavelength and pulse duration tunable ultrafast fiber laser mode-locked with carbon nanotubes.

Ultrafast lasers with tunable parameters in wavelength and time domains are the choice of light source for various applications such as spectroscopy and communication. Here, we report a wavelength and pulse-duration tunable mode-locked Erbium doped fiber laser with single wall carbon nanotube-based saturable absorber. An intra-cavity tunable filter is employed to continuously tune the output wavelength for 34 nm (from 1525 nm to 1559 nm) and pulse duration from 545 fs to 6.1 ps, respectively. Our results provide a novel light source for various applications requiring variable wavelength or pulse duration

Pienryhmätoiminnan vaikutukset maatilan kehittämiseen ja johtamiseen

Opinnäytetyön tarkoituksena oli selvittää Huomisen hämäläinen maatila-hankkeenpienryhmätoiminnan vaikutuksia maatilan kehittämiseen ja joh-tamiseen. Tutkimuksella haluttiin selvittää myös millaista pienryhmätoi-mintaa maatilat haluavat tulevaisuudessa. Opinnäytetyön toimeksiantajana on MTK-Häme, jonka kautta tarve tällaiselle työlle löytyi. Tutkimuksen teoriaosuudessa käsitellään verkostoitumiseen liittyviä käsitteitä, maatiloja Suomessa ja maaseudun kehittämishankkeita. Teoriaosuudessa käsitellään myös tarkemmin verkostoitumisen erilaisia vaihtoehtoja sekä verkostojen kannalta tärkeitä edellytyksiä ja haasteita. Lisäksi tarkastellaan maaseudun kehittämiseen myönnettäviä hanketukia. Tutkimus toteutettiin määrällisenä tutkimuksena. Tutkimukseen kuului kysely, johon vastasi 57 maatilaa. Kysely toteutettiin paperisena kyselynä maatiloille järjestetyissä pienryhmissä. Kyselyn mukaan tärkeimmät syyt lähteä pienryhmään mukaan ovat kan-nattavuuden parantaminen ja uudet ideat omaan tuotantoon. Eniten viljelijät kaipaavat apua nimenomaan talouden hallintaan. Viljelijöiden välinen yhteistyö lisääntyi pienryhmätoiminnan avulla ja toimintatavat muuttuivat. Tulevaisuudessa pienryhmiltä odotetaan opintomatkoja ja verkostoitumista. Tärkeintä on kuitenkin kuunnella viljelijöitä, jotta pienryhmätoiminta palvelee heidän maatilojensa kehittymistä ja johtamista tulevaisuudessa.The aim of the thesis is to research the influence of the small group activities during the Huomisen hämäläinen maatila -project which will support the development and management of the farms. The thesis also looks into what kind of small group activities are wished for in the future. The thesis is commissioned by MTK-Häme. The theory of the thesis introduces networking, farms in Finland and the countryside development projects. The theory part includes the different network alternatives, requirements and challenges in networking and also financing of the countryside development projects. The research is quantitative and 57 farms took part in the questionnaire. The paper questionnaire was done during the small group activities. According to the research the most important reasons to participate in the small group activity are to improve the cost-effectiveness and to get new ideas. The farmers need advice especially to the control of the economy. During the project the cooperation of the farmers increased and their working methods changed. In the future they wait for educational trips and networking with others. The most important thing is to listen to their views about the small group activities so that the activity will help farmers to develop their business

GaAsP-pohjaisten III-V yhdistepuolijohteiden integroiminen piiteknologiaan

This thesis examines the integration of GaAsP based III-V compound semiconductors to silicon technology using two different concepts: the monolithic growth of GaP and the vapor-liguid-solid (VLS) growth of GaAs nanowires (NWs). Sample fabrication was performed by metalorganic vapor phase epitaxy. It was observed that the growth of GaP needs to be started at low temperatures to obtain a layer-by-layer growth mode. AFM examinations indicated that careful surface preparation prior to the growth is crucial. GaAs NWs were crystallized in the zinc-blende crystal structure and it was observed that the VLS growth method enables the fabrication of GaAs NWs on silicon and even on amorphous low-cost substrates. The growth and characterization of Ga(As)PN alloys, with the composition nearly lattice-matched to silicon, was examined by various methods and it was observed that nitrogen incorporation complicates the growth process. Formation of a misfit dislocation network in the GaP0.98N0.02/GaP interface occurred when the film thickness was about 200 nm. The nitrogen incorporation efficiency was extremely low and it was observed that the amount of nitrogen related point defects increased with the nitrogen content. However, raman scattering and X-ray diffraction measurements implied that the nitrogen incorporation enables the fabrication of GaP based strain compensated structures on silicon substrates. The effect of nitrogen incorporation on the energy band structure of GaAsPN was studied by photoluminescence (PL) and photoreflectance (PR) measurements. The different locations of PL and PR transitions suggested the PL signal to originate from the states related to nitrogen clusters. Furthermore, the conduction band splitting of GaAsPN alloys was observed by the PR measurements. Diodes fabricated from this material were chracterized to gather information from the absorption properties of the material. The photocurrent spectra revealed transitions from the split conduction band and the use of this type of structure in different solar cell devices was discussed. The surface passivation of GaAs was studied fabricating a high-k metal insulator semiconductor capacitors from GaAs with an insulator stack comprised of an AlN surface passivation layer and a high-k HfO2 layer. The Fermi level unpinning in the interface was shown by capacitance-voltage and current-voltage measurements.Tämä väitöskirja tutkii GaAsP-pohjaisten III-V yhdistepuolijohteiden integroimista piiteknologiaan. Kaikki tutkitut näytteet valmistettiin metallo-orgaanisella kaasufaasiepitaksialla. Integroimismenetelminä käytettiin GaP-kiteen monoliittista valmistamista ja GaAs-nanolankojen valmistamista VLS-menetelmällä (engl. vapor-liquid-solid). Atomivoimamikroskooppikuvat valmistetuista GaP-kiteistä osoittivat, että piin pintakäsittely ennen kasvatusta on äärimmäisen tärkeää ja että kasvatus täytyy aloittaa matalassa lämpötilassa. Röntgendiffraktiomittaukset puolestaan osoittivat, että VLS-menetelmällä kasvatetut GaAs-nanolangat olivat kiteytyneet halutusti sinkkivälkehilaan. GaAsPN-yhdisteen kasvatusta ja erilaisia ominaisuuksia tutkittiin monella eri menetelmällä. Näissä tutkimuksissa huomattiin, että typen lisääminen kiteeseen aiheuttaa monia ongelmia. Epäsopudislokaatioverkon (engl. misfit dislocation network) huomattiin syntyvän GaP0.98N0.02/GaP-rajapintaan kerrospaksuuden ylittäessä 200 nm. Typen substituution kiteeseen havaittiin heikkenevän ja lopulta häviävän typpipitoisuuden kasvaessa. Raman- ja XRD-mittaukset kuitenkin viittasivat siihen, että typen lisääminen GaP-kiteeseen pienentää hilaepäsovusta syntyvää jännitystä, jos GaPN-kide on kasvatettu piin päälle. GaAsPN-energiavyörakennetta tutkittiin fotoluminesenssi- ja fotoreflektanssimittausmenetelmillä. GaPN:sta fotoreflektanssilla mitatun transition huomattiin sijaitsevan eri paikassa kuin missä sen fotoluminesenssimittauksen perusteella uskottiin sijaitsevan. Tämä selitettiin sillä, että fotoluminesenssin havaitsema suora transitio tapahtui monimutkaisten typpikonfiguraatioiden muodostamista energiatiloista jotka sijaitsivat fotoreflektanssin havaitseman transition alapuolella. Fotoreflektanssimittaus havaitsi GaAsPN:n johtavuusvyön jakaantumisen. Tätä materiaalia käytettiin aurinkokennojen valmistukseen ja tämän materiaalin ominaisuuksien hyötykäyttöä erilaisissa aurinkokennosovelluksissa pohdittiin. GaAs:n pintapassivointia tutkittiin valmistamalla metalli-eriste-puolijohdekondensattoreita. Komponenttien eristekerros valmistettiin suuren dielektrisyysvakion omaavasta HfO2:sta ja 2 nm paksusta AlN:stä valmistetusta passivointikerroksesta käyttäen ALD-valmistusmenetelmää (engl. atomic layer deposition). Kapasitanssi-jännite ja virta-jännitemittaustulokset viittasivat siihen, että yleisesti havaittua Fermi level pinning -ilmiö ei ilmennyt komponentin toiminnassa

Keinot BGP:n tietoturvan parantamiseksi

Tutkielmassa käsitellään BGP:n tietoturvaa ja sen sisältämiä heikkouksia. BGP:n tietoturvaan on esitetty useita erilaisia ratkaisuja, joita tarkastellaan tutkielmassa systemaattisen kirjallisuuskatsauksen keinoin. Tutkielman tarkoituksena on selvittää millaisia ratkaisuja on käyttöönotettu. Lisäksi tarkastellaan, kuinka nämä ratkaisut vertautuvat akateemisessa kirjallisuudessa esitettyihin ratkaisuihin. Tämän tiedon pohjalta on tarkoitus koostaa suosituksia siitä, mikä tekee ratkaisusta hyvän ja siten antaa pohja mahdolliselle jatkotutkimukselle.The thesis is looking at BGP security and the weaknesses it has. There have been several proposed solutions to improve the security. In this work the solutions will be looked at through the lens of systematic literature review. The aim of the thesis is to find what solutions have actually been deployed and how they compare to the solutions proposed in academic literature. This information will be worked into a set of elements that are part of a "good" solution. Those elements could then be used as a basis for further research

Tekniikat internet-reititysten kaappaamisen estämiseksi

Tutkielmassa tarkastellaan Border Gateway Protocollan tietoturvaongelmia, sekä kuinka nämä ongelmat mahdollistavat Internet-reitityksen kaappaamisen. Tietoturvaongelmiin etsitään ratkaisuja vertailemalla kirjallisuudessa esitettyjä parannuksia Border Gateway Protocollaan, ja selvitetään syitä miksi mitään parannusta ei ole otettu laajasti käyttöön. Parannuksia vertailtaessa havaitaan, että kaikilla vertailtavilla ratkaisuilla on omat heikkoutensa ja vahvuutensa, minkä seurauksena yksittäinen ratkaisu ei kykene täyttämään kaikkien tahojen tarpeita, vaan joudutaan tekemään kompromissi.The thesis looks at the Border Gateway Protocol and the security problems it has, and how these problems allow the hijacking of internet-routing. The thesis looks at possible solutions to these problems by comparing improvements to the Border Gateway protocol that have been proposed in research literature, and why none of the proposed solutions has reached widespread adoption. During the comparision it is found that all the proposed solutions have their strengths and weaknesses. This leads to the implication that there is not a single solution that would fix the security problems in Border Gateway Protocol, instead if there is to be a solution it needs to be a compromise