Raman-Spektrometer
Final Report Abstract
Das beschaffte Gerät wird zur systematischen Aufnahme von höchstauflösenden Ramanspektren verwendet. Dabei stehen Phononenmoden von anorganischen Halbleitermaterialien im Fokus, die Aufschluss über der Verzerrungszustand – auch ortsaufgelöst – die Ladungsträgerdichte und die Zusammensetzung von Proben geben. Die so gewonnenen Ramanspektren sind proportional zur dielektrischen Verlustfunktion der Materialien, solange sowohl Raman- als auch infrarot-aktive Gittereigenschwingungen vorliegen. Damit gelingt eine direkte Anknüpfung an die dielektrische Funktion im Infraroten Spektralbereich, wie sie in der Arbeitsgruppe mittels spektroskopischer Ellipsometrie ebenfalls ermittelt wird. Bislang konnten wichtige Erkenntnisse in folgenden Themenkomplexen gewonnen werden: 1) Es erfolgte eine umfassende Grundcharakterisierung aller Ramanmoden hinsichtlich Anregung und Detektion (Anisotropie des Ramantensors) für alle wesentlichen Substratmaterialien in verschiedenen Orientierungen (α-Al2O3, TiO2, MgO, 3C-SiC, hexagonales GaN bzw. AlN, etc.), so dass heteroepitaktische Schichten nachfolgend untersucht werden können. 2) An hexagonalen GaN-Schichten mit verschiedenen Orientierungen wurde der Einfluss der Elektronendichte auf die Ramanlinien und die gekoppelten Phonon-Plasmon-Anregungen umfassend untersucht. Die Verschiebung der transversal-optischen Moden hängt davon ab, ob Silizium oder Germanium zur Dotierung verwendet wird. Der Größeneffekt, der beim Einbau von Fremdatomen zu Veränderungen der Gitterparameter führt, und die partielle Kompensation durch den wechselwirkenden Ladungsträger, führt zu einem Nettoeffekt, der experimentell nachgewiesen und quantifiziert werden konnte. Die Ergebnisse wurden mit Ellipsometrie (Phononen) und Röntgendiffraktometrie (Gitterparameter) verifiziert. Die Raman-Untersuchungen liefern einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung von Bragg-Spiegeln auf der Basis alternierender Dotierungskonzentrationen. 3) Ebenfalls für GaN in Wurtzitstruktur konnte ein vollständiger und erstmals anisotroper Satz an Phononendeformationspotentialen für alle Raman-aktiven Schwingungsmoden bestimmt werden. Für die A1(TO) Mode erscheint dabei die Besonderheit, dass die Anharmonizität des Phonons den Effekt der Phononendeformation überwiegt. Lediglich unter Berücksichtigung beider Effekte ist eine sinnvolle Auswertung möglich. 4) Analyse der Phononeneigenschaften in hexagonalen c-,m-,a-plane GaN/(Ga,Al)N Supergittern mit veränderlicher Periodenlängen und auf unterschiedlichen Substraten, 5) Einfluss hoher Ladungsträgerdichten auf die Phonon-Plasmon-Kopplung in kubischem GaN, Ermittlung der effektiven Ladungsträgermassen und schließlich Beschreibung der Nichtparabolizität desLeitungsbandes. 6) Kubisches (bixbyite) In2O3 wurde mittels Ramanspektroskopie für eine Vielzahl von Fremdsubstraten, Kristallorientierungen und Ladungsträgerdichten charakterisiert. Erste Hinweise auf eine Verzerrungsabhängigkeit von Phononen konnten gefunden werden, während eine Ladungsträgerdichteabhängikeit der Eigenfrequenzen ausgeschlossen werden kann. 7) Phononeneigenschaften von α-Ga2O3, hergestellt durch verschiedene Methoden (MBE, HVPE, mist CVD) in verschiedenen Kristallorientierungen auf Saphir, 8) In Seltenerd-Scandaten konnte mittels Ramanspektroskopie eine Grundcharakterisierung der fundamentalen Phononenmoden durchgeführt werden. Begleitend wurden die dielektrischen Funktionen im Infraroten mittels spektroskopischer Ellipsometrie gewonnen. Es zeigt sich, dass die systematische Verschiebung der Phononenenergien mit Austausch des Seltenerdions vor allem vom Ionenradius und nicht von der Masse dominiert wird, ähnlich zu Seltenerdchromaten und –manganaten. Ein weiterer Aspekt der Nutzung ist die Verwendung als Photolumineszenzmessplatz für verschiedene Anregungsleistungsdichten. Dabei konnten Ergebnisse für folgende Fragestellung erlangt werden: 9) Das Wechselspiel zwischen gelber und blauer Lumineszenz in GaN:C konnte aufgeklärt werden, das auf den Einbau des substitutionellen Kohlenstoffakzeptors auf Stickstoffplatz zurückgeführt werden kann.
