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Untersuchung struktureller und optischer Eigenschaften von InGaNAs/GaAs Halbleiterheterostrukturen

Subject Area Experimental Condensed Matter Physics
Term from 2009 to 2015
Project identifier Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 143812242
 
Final Report Year 2013

Final Report Abstract

In diesem Projekt war geplant, den Einfluss unterschiedlicher Ausheizbehandlungen auf die Zusammensetzung von InGaNAs/GaAs-Heterostrukturen zu messen und daraus Rückschlüsse auf die verantwortlichen Mechanismen für die Blauverschiebung der Photolumineszenz durch das Ausheizen der Probe zu finden. Dazu sollten zunächst geeignete Methoden zur Messung von zwei Konzentrationen aus einem Bild entwickelt werden. Diese Methoden sollten dann auf getemperte und ungetemperte InGaNAs/GaAs Heterostrukturen angewendet werden, um die für die Blauverschiebung verantwortlichen strukturellen Veränderungen zu identifizieren. Dazu wurde zunächst eine neuartige Methode entwickelt, die es erlaubt, aus einem einzigen hochaufgelöstem TEM Bild sowohl die In- als auch die N-Konzentration für jede Atomsäulenposition zu messen und somit Verteilungskarten der beiden Elemente zu erstellen. Während bei den bis dahin verwendeten Methoden zwei verschiedene Bilder benutzt wurden, und damit ein Fehler durch eine Verschiebung der exakten Probenstelle zwischen den Aufnahmen auftreten konnte, kann ein solcher Fehler mit der neuen Methode ausgeschlossen werden. Darüberhinaus wurden für die vorliegenden Untersuchungen Umverteilungseffekte aufgrund von Bindungen sowie statische atomare Verschiebungen berücksichtigt. Beide Effekte wurden zum ersten Mal innerhalb dieses Projekts bei der Quantifizierung von Zusammensetzungen in InGaNAs mittels TEM berücksichtigt. Parallel dazu wurde die HAADF-STEM Intensitätsauswertemethode von Rosenauer et al. (2009) zunächst auf die ternären Materialsysteme InGaAs und GaNAs erfolgreich angewendet. Allerdings zeigten solche Aufnahmen Artefakte in der HAADF Intensität aufgrund lokaler Netzebenenverbiegungen im Bereich von etwa 5 nm um die Quantentröge herum. Eine in diesem Projekt entwickelte Methode erlaubt es, Konzentrationsverteilungskarten zu erstellen, die auch in diesen Bereichen interpretierbar sind. Darüberhinaus konnte auch gezeigt werden, dass Zusammensetzungen auch durch Verspannungsanalyse aus HAADF-STEM Bildern unter bestimmten Voraussetzungen durchgeführt werden kann. Dies erlaubte auch aus HAADF-STEM Bildern eine Konzentrationsbestimmung in quaternärem InGaNAs durch kombinierte Auswertung von Verspannung sowie der HAADF Intensität. Damit standen zwei unterschiedliche Methoden zur Verfügung, um gleichzeitig die N- und die In-Konzentration zu messen. Die entwickelten Messmethoden wurden auf mehrere Probenserien angewendet, die sowohl mit unterschiedlichen Methoden (Molekularstrahlepitaxie bzw. Metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE)), aber auch von unterschiedlichen Gruppen hergestellt wurden. In den Proben, die mittels MOVPE hergestellten wurden, wurden vor und nach dem Ausheizen ähnliche Konzentrationsprofile gefunden, weshalb bei diesen Proben die Blauverschiebung der Lumineszenz auf eine Verschiebung der bevorzugten Koordination zu In-N Bindungen zurückgeführt wurde. Bei den mittels MBE hergestellten Proben wurde das Auflösen von N armen InGaNAs Proben beobachtet, so dass nach dem Ausheizen homogene Quantentröge entstanden.

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