Lokale Gitterumgebung von Indium in GaN, AlN und InN

Abstract

Die Produktion und die Anwendung der Gruppe III Nitridhalbleiter, besonders vertreten durch das Material GaN, haben in den letzten Jahren ein enormes Wachstum genossen. Die Synthese ternärer Legierungen wie Ga_xIn_1-xN hat das Anwendungspotenzial deutlich erhöht. Durch Variation des In-Anteils wird eine Änderung des Bandabstandes ermöglicht und so können die Eigenschaften dieses Materials verschiedenen Anwendungen angepasst werden. <br /> Eine vorhergehende Untersuchung an GaN mittels der gestörten γγ-Winkelkorrelation hat ein unerwartetes Verhalten des GaN Gitters in Abhängigkeit von der Messtemperatur gezeigt. Die Legierung AlInN, die im Gruppe III-Metall-Stickstoff System möglich ist, ist dagegen bis heute kaum studiert worden. Daher wurde in Rahmen dieser Arbeit das Material AlN mit der gleichen Methode wie das GaN und dem Sondenkern ¹¹¹In untersucht. Durch die Implantation des Indiums wird eine präzise Strukturierung der Nitridhalbleiter ermöglicht. Die Ionenimplantationstechnik, die z.B. auch zur Dotierung von Halbleiter wie Silizium und GaAs benutzt wird, erzeugt leider unvermeidlich eine große Gitterschädigung. Diese Implantationsdefekte lassen sich erst durch eine Temperaturbehandlung bis 1000°C weitgehend beheben.<br /> Messungen zeigen, dass im Vergleich zu GaN, wo ≈ 60 % der Sondenatome auf substitutionellen Gitterplätzen eingebaut werden, sich der vergleichbare Anteil der Indium-Sonden in AlN kaum über 30 % steigern lässt. Diese Plätze zeichnen sich durch die axialsymmetrische Ladungsverteilung in ihrer Umgebung aus. Außerdem fällt die Symmetrieachse der Ladungsverteilung mit der (0001)-Achse des Wirtsgitters zusammen.<br /> Für die restlichen Sonden wird eine starke Änderung des erzeugten elektrischen Feldgradienten beobachtet zwischen 36 MHz und 300 MHz, was mit einem Heranspringen der Stickstoffleerstelle erklärt wird.<br /> Temperaturabhängige Messungen für ¹¹¹In in AlN zeigen dagegen starke Ähnlichkeiten mit den Messungen an GaN. Eine starke Abnahme des EFG für die gestörten Sonden mit der Messtemperatur, was einem dynamischen Verhalten der freien Stickstoffleerstelle zugeschrieben wird. Eine ungestörte Umgebung für fast 100 % der Indium-Sonden wird bei Messtemperaturen über 600°C erreicht. Für die leichte Zunahme der ungestörten Frequenz könnte eine thermische Gitterexpansion in Frage kommen.