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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-5631
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/563/


Cristea, Peter

Molekularstrahlepitaxie im Materialsystem Ga(N,Sb)

Molecular Beam Epitaxy of the Ga(N,Sb) Material System

Dokument1.pdf (3.240 KB) (md5sum: 0b8e8dcc522cff2da06e2809f636cca7)

Kurzfassung in Deutsch

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Sb-Einbau in epitaktischen GaN-Schichten und dem N-Einbau in GaSb-Schichten im Hinblick auf die erstmalige Herstellung eines GaNxSb1-x - Mischkristalls. Die Schichten wurden mit Hilfe der Molekularstrahlepitaxie unter Verwendung von NH3 als N-Quelle, sowie Ga- und Sb-Feststoffquellen auf Si(111)-und GaSb(001)-Substraten abgeschieden. Der N-Einbau wurde auch in homoepitaktischen GaSb-Schichten überprüft.
Theoretischen Berechnungen zufolge besitzen Mischsysteme wie GaNxSb1-x, bei denen die Unterschiede im atomaren Durchmesser und in der Elektronegativität der Atome sehr groß sind, eine große Mischungslücke. Für GaNxSb1-x lässt sich folglich im thermodynamischen Gleichgewicht eine Mischungslücke über fast den gesamten Mischungsbereich vorhersagen. Es ist bekannt, dass sich diese Problematik in der Molekularstrahlepitaxie (MBE) teilweise umgehen lässt, da hier das Wachstum kinetisch kontrolliert wird und daher weit entfernt von einem thermodynamischen Gleichgewicht stattfindet.
Zunächst wurden die beim Wachstum von Ga(N,Sb) in der MBE auftretenden Oberflächenreaktionen vor allem zwischen NH3 und Sb4 untersucht. Wie sich herausstellte, haben diese Reaktionen eine stark einschränkende Wirkung auf das kristalline Schichtwachstum.
Es wurde ein Sb-Einbau in einkristallinen hexagonalen GaN-Schichten bis zu einer Konzentration von 1.6 erreicht. Die strukturelle, optische und elektrische Charakterisierung der Ga(N,Sb)-Proben deuten auf einen antisite-Einbau des Sb im GaN-Kristallgitter zu einem Anteil von 25 - 30 hin. Der restliche Anteil des eingebauten Sb in GaN wird auf Zwischengitterplätzen bzw. unter Bildung von Sb-clustern erwartet.
Der isovalente N-Einbau in einkristallinen kubischen GaSb-Schichten konnte bis zu einer Dotierstoffkonzentration von 6e19 Atome/cm^3 nachgewiesen werden.


Kurzfassung in Englisch

This thesis illustrates the Sb-incorporation in GaN MBE-layers and the N-incorporation in GaSb MBE-layers in order to investigate the Ga(N,Sb) alloy system. Solid sources for Ga and Sb were used, as well as ammonia gas as N source. The layers were grown on Si(111) and on GaSb(100)-substrates.
The single crystalline growth of the Ga(N,Sb) system is difficult due to the miscibility gap expected for nearly the whole composition range for thermodynamic equilibrium conditions. The gap is determined by the differences of the atomic radii and of the electronegativities for N and Sb. This problem can partially be overcome by MBE where crystal growth is performed under non-equilibrium conditions with kinetically controlled growth.
The parameter window for the growth was limited due to side reactions such as the decomposition of NH3, the desorption of Sb and GaSb, which are volatile at high temperature, or the reaction of Sb with NH3.
Bulk concentrations of Sb up to 1.6 could be obtained in hexagonal GaN. Structural, optical and electrical characterization of the Ga(N,Sb) samples indicate an antisite-incorporation of Sb in the GaN lattice up to 25 – 30 of the total amount. The remaining Sb is expected to be incorporated on interstitial lattice sites or under formation of Sb-clusters.
The isoelectronic incorporation of N in the cubic GaSb crystal lattice was observed up to a doping concentration of 6e19 atoms/cm^3.


SWD-Schlagwörter: Drei-Fünf-Halbleiter , Molekularstrahlepitaxie , Ternäre Verbindungen , Galliumnitrid , Galliumantimonid
Freie Schlagwörter (deutsch): Ga(N,Sb) , MBE , NH3-Quelle , Si(111)-Substrat
Freie Schlagwörter (englisch): GaN , GaSb , NH3-source , Si(111)-substrate
Institut: Kristallographisches Institut
Fakultät: Geowissenschaftliche Fakultät (bis Sept. 2002)
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Benz, K. - W. (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 24.09.2002
Erstellungsjahr: 2002
Publikationsdatum: 30.10.2002
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