Wachstum und Charakterisierung von AlSb/InAs- und AlInSb/InSb-Quantentopfstrukturen mittels Molekularstrahlepitaxie

• Main Author: Sigmund, Jochen
• Format: Others
• Language: German; de
• Published: 2004
• Online Access: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/405/1/Sigmund_PhD.pdf; Sigmund, Jochen <http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/view/person/Sigmund=3AJochen=3A=3A.html> : Wachstum und Charakterisierung von AlSb/InAs- und AlInSb/InSb-Quantentopfstrukturen mittels Molekularstrahlepitaxie. [Online-Edition] Technische Universität, Darmstadt [Ph.D. Thesis], (2004)

In der vorliegenden Arbeit wird das Wachstum mittels Molekularstrahlepitaxie von Quantentopfstrukturen aus den Halbleitersystemen AlSb/InAs und AlInSb/InSb untersucht. Strukturell charakterisiert wird das Wachstum mit in situ Reflection-High-Elektron-Energy-Diffraction (RHEED), sowie den ex situ Methoden der Transmissionselektronenmokroskopie, der Röntgendiffraktometrie und der Rasterelektronenmikroskopie. Die Ergebnisse der strukturellen Untersuchungen werden mit den elektrischen Transporteigenschaften verglichen. Mit Hall-Messungen wird die Ladungsträgermobilität und Konzentration zwischen 1,3 K und 298 K bestimmt. Die Quantisierung der Ladungsträger wird mit Shubnikov-de Haas Oszillationen und dem Quanten Hall-Effekt untersucht. Ein besonderer Schwerpunkt der Arbeit liegt in der Grenzflächenoptimierung von AlSb/InAs. Das Grenzflächenwachstum hat einen erheblichen Einfluss auf die Transporteigenschaften, was zu Tieftemperaturmobilitätsunterschieden von einer Größenordnung führen kann. Der gleichzeitige Wechsel von Kationen und Anionen stellt hier eine besondere Herausforderung dar, um eine abrupte, defektfreie Grenzfläche zu erhalten. Durch eine neue, erweiterte Migration-Enhanced-Epitaxy-Methode, bei der InSb-Bindungen erzeugt werden und anschließend eine zusätzliche Wachstumsunterbrechung unter einem Arsenfluss eingeführt wird, kann die Grenzflächenqualität verbessert werden. Es wird gezeigt, dass mit RHEED-Intensitätsmessungen während der neu eingeführten Wachstumsunterbrechung die Qualität der Grenzfläche in situ kontrolliert werden kann. Des weiteren wird bei den AlSb/InAs-Strukturen der Einfluss der Quantentopfbreite auf die Transporteigenschaften untersucht. Eine Breite von 15 nm ist optimal für hohe Elektronenbeweglichkeiten. Die besten Ergebnisse zur Überwindung der 7,8 % Gitterfehlanpassung zum GaAs-Substrat werden mit einer Pufferschicht von 60 nm AlAs, 70 nm AlSb und 1800 nm GaSb erzielt. Ferner wird als Alternative zur Pufferschicht bei der gitterfehlangepasssten Heteroepitaxie das epitaktische Überwachsen eines vorstrukturierten Substrates demonstriert. Dies ist ein erster Schritt in Richtung einer neuen Klasse von Substraten. Für InSb-Quantentopfstrukturen wird die Präsenz von quantisierten Ladungsträgern demonstriert. Das Fehlen eines gitterangepassten III-V-Halbleiters als Barriere zu InSb und die große Gitterfehlanpassung von 14,6 % zum Substrat sind die limitierenden Faktoren für die Qualität des Quantentopfes. Trotz einer geringeren effektiven Elektronenmasse von InSb, ist die Ladungsträgermobilität bei tiefen Temperaturen niedriger, als bei InAs-Quantentopfstrukturen. Im letzten Kapitel der Arbeit wird ein Beitrag zur Forschung an ohmschen Kontakten auf n-GaSb präsentiert. Aufgrund der fortschreitenden Miniaturisierung der Bauelemente wurden hier kleine Kontakte mit einem Durchmesser bis in den Nanometerbereich charakterisiert. Erstmals wurde dabei von einer strukturbedingten Mindestgröße für die Kontaktfläche berichtet, um reproduzierbare Kontakteigenschaften zu gewährleisten.