Seltene Erden in GaN und ZnO untersucht mit der PAC-Methode

Abstract

Halbleiter mit großer Bandlücke haben im letzten Jahrzehnt im Bereich der Optoelektronik einen festen Platz gefunden. Sie finden aber auch zunehmend Anwendung in der Hochtemperatur- und Hochleistungselektronik. Zu dieser Gruppe von Halbleitern gehören die Gruppe-III-Nitride, Zinkoxid und viele andere. Gerade für die Optoelektronik ist eine Verbindung dieser Halbleiter mit Seltenen Erden interessant. Die Seltenen Erden sind bekannt für ihre Lumineszenzeffekte, die durch ihre <i>4f</i>-Elektronenschale verursacht werden.<br /> Zur Herstellung kleinster Bauelemente und Schaltkreise wird die Ionenimplantation verwendet, die eine präzise laterale Strukturierung ermöglicht. Die bei der Implantation entstehenden Schäden im Wirtsgitter sind vielfältig. Um das Implantationsverhalten besser zu verstehen, sind Untersuchungen der erzeugten Defekte notwendig. Insbesondere geht es dabei um effiziente Methoden zur Behebung dieser Schäden.<br /> Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Implantations- und Ausheilverhalten von zwei Vertretern der Halbleiter mit großer Bandlü cke: GaN und ZnO. Defekte sind von großer Bedeutung für das Verständnis der beobachteten Lumineszenzeffekte in diesen Halbleitern. Sie werden mittels gestörter γγ-Winkelkorrelation (PAC) untersucht. Die PAC verwendet radioaktive Sondenkerne und liefert Informationen über die direkte Umgebung der Sondenatome. ¹⁷²Lu(¹⁷²Yb) dient hierbei als Vertreter der Seltenen Erden. Für Referenzmessungen wird das im Periodensystem der Elemente benachbarte ¹⁸¹Hf(¹⁸¹Ta) verwendet.<br /> Es ergibt sich, dass ein großer Teil der Sondenatome kann auf substitutionellen Gitterplätzen in GaN bzw. ZnO eingebaut werden kann. Diese Plätze zeichnen sich durch die axialsymmetrische Ladungsverteilung in ihrer Umgebung aus. Außerdem fällt die Symmetrieachse jeweils mit der 〈0001〉-Achse der Wirtsgitter zusammen.<br /> Temperaturabhängige Messungen zeigen für ¹⁷²Lu(¹⁷²Yb) eine starke Variation des elektrischen Feldgradienten. Dieses Verhalten kann durch den Einfluss der <i>4f</i>-Schale der Seltenen Erde Ytterbium erklärt werden. Die Messungen an ZnO ergeben zudem eine vergleichsweise starke Temperaturabhängigkeit für den gittereigenen Feldgradienten. Als Ursachen kommen hierfür Gitterschwingungen, aber auch die thermische Gitterexpansion in Frage.