Weiterentwicklung des spektroskopisch-ellipsometrischen Messverfahrens im Hinblick auf die Charakterisierung von Halbleitern mit großer Bandlücke
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Ziel des Projektes war die Weiterentwicklung des spektralellipsometrischen (SE) Messverfahrens im Hinblick auf die Charakterisierung von Halbleitern mit großer Bandlücke. Es wurden (a) ein Modell der Dielektrischen Funktion (DF), welches die Komplexität der Bandstruktur sowie die exzitonischen Effekte und deren Modifizierung unter dem Einfluss von Phononen, Dotierung und mechanischer Verspannung berücksichtigt, und (b) eine modellgestützte Software zur Auswertung der SE-Daten und zur Linienformanalyse der experimentellen DF entwickelt. Das Modell der DF basiert auf Berechnungen im Rahmen der k⋅p-Theorie und wurde durch Messungen an Modellsubstanzen experimentell getestet. Die Anwendung zur quantitativen Analyse des optischen Responses von binären Halbleitern lieferte eine Reihe von neuen Ergebnissen und Erkenntnissen. Es wurden (1) die anisotrope und isotrope DF von Wurtzit-ZnO und –GaN bestimmt und deren Unterschiede ausführlich quantifiziert; (2) die Interband-Matrixelmente von Wurtzit-ZnO, -GaN, -CdS und -CdSe gemessen und deren Anisotropie bestimmt; (3) ein detailliertes physikalisches Bild des Dichroismus und der Doppelbrechung von Wurtzit-ZnO und -GaN in der Nähe des E0-kritischen Punktes erstellt; (4) der Einfluss von Exziton-Phonon-Komplexen auf den optischen Response von undotiertem Wurtzit-ZnO und -GaN sowie von dotiertem n-leitenden GaN untersucht; (5) die Mott-Dichte von Wurtzit-GaN bestimmt; (6) die Persistenz der Coulomb-Verstärkung der optischen Band-Band-Übergängen festgestellt sowie Fermi-Kanten-Exzitonen in entartetem Wurtzit-GaN beobachtet; (7) das Leitungsband-Dispersionsgesetz und die effektive Elektronenmasse als Funktion vom Wellenvektor, der Elektronenenergie bzw. der Konzentration von freien Elektronen für zwölf Zinkblende- und vier Wurtzit-Halbleiter bestimmt. Die entwickelte Methode hat ein großes Potential im Hinblick auf eine fortgeschrittene SE- Charakterisierung von Halbleitern mit großer Bandlücke wie ZnO, ZnS, MgO, AlN, GaN, BN und verwandte ternäre und quaternäre Verbindungen, insbesondere im Bereich von hohen Dotierungen und Temperaturen. Das Projekt hat darüber hinaus deutlich zur Beantragung und Einrichtung des Zentrums für Spektralellipsometrie an der TU Ilmenau beigetragen (s. Pressemeldungen: Universitätsnachrichten Ilmenau UNI/02/2009 S. 36 und Freies Wort vom 29.09.2009, die dem Abschlussbericht in elektronischer Form ebenfalls beigefügt sind).
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Conduction-band dispersion relation and electron effective mass in III-V and II-VI zinc-blende semiconductors, Phys. Rev. B 76 (2007) 125203- 1…18
S. Shokhovets, O. Ambacher, and G. Gobsch
- Anisotropy of the momentum matrix element, dichroism, and conduction-band dispersion relation of wurtzite semiconductors, Phys. Rev. B 78 (2008) 035207-1...18
S. Shokhovets, O. Ambacher, B.K. Meyer, and G. Gobsch
- Electric field distribution in GaN/AlGaN/GaN heterostructures with two-dimensional electron and hole gas, Appl. Phys. Lett 92 (2008) 013510-1…3
C. Buchheim, R. Goldhahn, G. Gobsch, K. Tonisch, V. Cimalla, F. Niebelshütz, and O. Ambacher
- Electronic and photoconductive prpperties of ultrathin InGaN photodetectors, J. Appl. Phys. 103 (2008) 073715- 1…7
V. Lebedev, V.M. Polyakov, S. Hauguth-Frank, V. Cimalla, Ch. Y. Wang, G. Ecke, F. Schwierz, A. Schober, J.G. Lozano, F.M. Morales, D. Gonzales, and O. Ambacher
- Piezoelectric actuation of (GaN)/AlGaN/GaN heterostructures, J. Appl. Phys. 104 (2008) 084516-1…8
K. Tonisch, C. Buchheim, F. Niebelschütz, A. Schober, G. Gobsch, V. Cimalla, O. Ambacher, and R. Goldhahn
- Piezoelectric actuation of all-nitride MEMS, phys. stat. sol. (c) 5 (2008) 1910-1913
K. Tonisch, C. Buchheim, F. Niebelschütz, M. Donahue, R. Goldhahn, V. Cimalla, and O. Ambacher
- Observation of Fermi-edge excitons and exciton-phonon complexes in the optical response of heavily doped n-type wurtzite GaN, Phys. Rev. B 79 (2009) 045201-1...11
S. Shokhovets, K. Köhler, O. Ambacher, and G. Gobsch
- Spectroscopic ellipsometry of wurtzite ZnO and GaN: Examination of a special case, J. Appl. Phys.107 (2010) 023509-1…10
S. Shokhovets, L. Spieß, and G. Gobsch
