Punktdefekte in Verbindungshalbleitern untersucht mit der gestörten Winkelkorrelation

Abstract

Die Dissertation befasst sich mit der Charakterisierung von dotierten Halbleitern, im Speziellen mit AlN, GaN, deren ternäres Verbindungssystem AlGaN und ZnO. Diese Halbleiter mit Wurtzitstruktur finden bereits eine breite Anwendung: z.B als Leuchtdiodenmateriel (LED) und als transparente Kontakte (TCO). Dabei ist es wichtig, die veränderten Eigenschaften dieser Halbleiter, die durch die Dotierung mit Fremdatomen entstehen, zu kennen.<br /> Insbesondere beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Implantation von Cd, das in AlN, GaN als p-Dotierung fungieren könnte. Das ist im Fall von AlN von großer Bedeutung, da noch kein effizientes Verfahren gefunden wurde um p-leitendes AlN herzustellen, was für die Verwendung als UV-LED wichtig ist. Die andere Fragestellung sind möglichen Dotierungen um sog. dilute magnetic semiconductors (DMS) zu erzeugen. Diese semimagnetischen Halbleiter sollen in der Spintronic eingesetzt werden, bei der nicht nur die Halbleitereigenschaften, sondern auch die magnetischen Spins genutzt werden.<br /> Untersucht wurde dies mit der Methode der gestörten Winkelkorrelation (PAC), bei der die lokale Umgebung mit radioaktiven Isotopen, die als Sonde fungieren, untersucht wird. Unter Einfluss der Hyperfeinwechselwirkung zwischen dem Quadrupolmoment des Sondenkerns und dem elektrischen Feldgradienten (EFG) am Sondenort oder der Wechselwirkung eines magnetischen Felds mit dem magnetischen Moment des Kerns verändert sich die zeitliche Winkelkorrelation zweier γ-Quanten. Damit kann der Einbau der implantierten Elemente im Kristallgitter und mögliche Punktdefekte, wie Leerstellen oder Fremdatome, die sich an die Sonden anlagern, bestimmt werden. <br /> Es zeigt sich, dass Cd ein geeigneter Kandidat für die p-Dotierung von AlN ist. Es wird fast vollständig auf einem regulären Metallgitterplatz eingebaut, was auch durch RBS/ Channeling-Messungen bestätigt wird. Aus den Ergebnissen temperaturabhängiger Messungen kann abgeleitet werden, dass diese Konfiguration bei 900 K über mehrere Stunden stabil ist. Es wurden aber auch zusätzliche Sondenumgebungen beobachtet, die nicht genau charakterisiert werden können. <br /> In AlGaN, dem Mischkristallsystem der Gruppe III-Nitride, das gemessen wurde um zusätzliche Informationen über mögliche Defektumgebungen und wie sich diese mit dem AlN-Anteil ändern, zu bekommen. Dabei wurde festgestellt, dass es keine lineare änderung des EFG mit der Temperatur gibt. Weiterhin ergab die Untersuchung dotierter GaN Proben, dass es keinen Einfluss außer eine Vergrößerung des EFG gibt. Dies ist wahrscheinlich aufgrund von Gitterverzerrungen, die durch die Dotierungsatome hervorgerufen werden.<br /> Zur Untersuchung ferromagnetischer Ordnung durch Rh oder Ta eignet sich nur letzteres, da es in AlN, GaN und ZnO einen Metallgitterplatz einnimmt. Nach der Implantation von ¹⁰⁰Pd können Implantationsschäden zwar durch eine thermische Behandlung ausgeheilt werden, allerdings sind danach nur etwa 30% der Pd-Atome auf einem regulären Gitterplatz. Dies zeigt zum Einen, dass Pd und damit auch Rh nicht als Dotierung für DMS geeignet sind. Zum Anderen, dass die Halbleiter AlN, GaN und ZnO mit dieser Sonde schlecht untersucht werden können. ¹⁸¹Hf ist dafür besser geeignet und könnte in Verbindung mit der Dotierungen von übergangsmetallen genutzt werden.