AbstractsBiology & Animal Science

Microstructural Characterization of Dilute N-ContainingSemiconductor Alloys and Heterostructures by ScanningTransmission Electron Microscopy

by Tatjana Wegele




Institution: Philipps-Universität Marburg
Department:
Year: 2016
Posted: 02/05/2017
Record ID: 2080319
Full text PDF: 10.17192/z2016.0489;


Abstract

Für die Realisierung einer hoch effizienten Lichtquelle in den integrierten Schaltkreisen auf Silizium wurden Ga(NAsP)-Quantum-Wells (QWs) in den Multi-Quantum-Well-Heterostrukturen (MQWH) mittels Rastertransmissionselektronenmikroskopie (STEM) untersucht. Die MQWH wurden auf Si (001) mittels der metallorganischen Gasphasenepitaxie abgeschieden. Es wurde eine Methode entwickelt, um die Qualität der Schichten in den niedrigaufgelösten STEM-Bildern quantitativ zu vergleichen unf die Wachstumsbedingungen zu optimieren. Rauigkeit der Grenzflächen und Zusammensetzungsfluktuation wurden als Indikatoren der QW-Qualität gewählt und mathematisch definiert. Die Untersuchungen der Ga(NAsP)-QWs, welche bei 575 °C abgeschieden wurden und unterschiedliche nominelle Schichtdicke haben, zeigten sehr interessante Ergebnisse. Obwohl die absolute Rauigkeit der QWs mit einer steigender QW-Dicke größer wird, sind die relative Rauigkeit der Schichten und auch ihre Zusammensetzungsfluktuation unabhängig von der QW-Dicke. Hingegen, wenn nominelle Dicke nahezu konstant gehalten wird und nur die nur die Wachstumstemperatur verändert wird, steigen die relative und absolute Rauigkeit mit der Wachstumstemperaturzunahme, während die Zusammensetzungsfluktuation abnimmt. Dabei hat die bei 525 °C gewachsene Probe die niedrigste Grenzflächenrauigkeit. Es wurde überhaupt keine Phasenseparation beobachtet, was man nicht für ein metastabiles Material erwartet. Die Ab-initio-Berechnungen haben die experimentellen Ergebnisse bestätigt und gezeigt, dass Ga(NAsP) bis zum N-Gehalt von 20% nicht in binäre Komponente separiert wird. Solche Stabilität kann aus der guten Gitteranpassung an das Si-Substrat resultieren. Die Untersuchung der thermisch ausgeheizten Proben haben gezeigt, dass nicht nur die Wachstumstemperatur, sondern auch die Temperatur der thermischen Behandlung nach dem Wachstum einen starken Effekt auf die Schichtqualität hat. Die Intensität in den zu den Ga(NAsP)-QWs benachbarten GaP-Schichten steigt nach einer schnellen thermischen Ausheilung, was durch Ausdiffundieren von As oder/und N aus den Ga(NAsP)-QWs verursacht werden könnte. In den Ga(NAsP)-QWs entstehen dunkle Spots bei der Annealingtemperatur von 925 °C und höher. Die Ursache für diese Spots kann nicht durch einen Kompositionsgradienten aufgrund ihrer sphärischen Form erklärt werden. Eine quantitative Analyse der Kompositionsfluktuation in Abhängigkeit vom inneren Detektorwinkel hat gezeigt, die strukturelle Unordnung auf einer langen Skala mit der langreichweitigen elektronischen Unordnung korreliert. Die Zusammensetzungsfluktuation in den Bereichen zwischen den dunklen Spots korreliert mit der kurzreichweitigen elektronischen Unordnung. Unter der Berücksichtigung der Ergebnisse, dass die beste … Advisors/Committee Members: Volz, Kerstin (advisor).