Bildung und Struktur von Stickstoff-Wasserstoff-Komplexen in GaAs1-xNx
Final Report Abstract
Im Rahmen des Projekts ist es gelungen das Verfahren der Wasserstoff-Passivierung von GaAsN-Schichten und verwandten verdünnten Nitriden mit Hilfe einer H+/D+-lonenquelle (Kaufmann-Quelle) am Institut zu etablieren. Dieses Verfahren wurde weltweit bisher nur an einer Stelle (Universität Rom) erfolgreich praktiziert. Untersucht wurden homogene GaAs1-xNx-Schichten mit einem N-Gehalt (x) von 0.008 und einer Dicke von 250 bis 1000 nm sowie Vielfach-Quantentopf-Schichten aus fünf jeweils 7 nm dicken InyGa1-yAs1-xNx-Quantentöpfen mit y = 0.35 und X = 0.016, die von 30 nm dicken Barrieren aus GaAs1-xNx/InyGa1-yAs1-xNx-Übergittern mit gemittelten In- und N-Gehalten von y = 0.04 bzw. x = 0.024 umschlossen sind. Alle Schichten wurden mittels Molekularstrahl-Epitaxie (MBE) hergestellt. Die Eindringtiefe des Wasserstoffs in die Schichten wurde mittels quantitativer Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) überprüft. Vielfach-Schichten konnten vollständig passiviert werden, bei den dicken GaAsN-Schichten ist die maximale Eindringtiefe auf ca. 400 nm beschränkt. Längere Behandlungszeiten mit der Kaufmann-Quelle führen zu einem Ätzabtrag der Schichten von der Oberfläche her, der die Zunahme der passivierten Schichtdicke übenwiegt. Die chemischen Bindung von zumindest einer Fraktion des eingebrachten Wasserstoffs mit dem substitutionell eingebauten Stickstoff in der Epitaxieschicht konnte an Hand der Abnahme oder dem Verschwinden (Vielfach-Schichten) der lokalen Schwingungsbande des Stickstoffs, NAS. bei 471 cm-1 belegt werden. Die FTIR-Absorptionsspektroskopie bei tiefen Temperaturen (10 K) wurde zur Untersuchung der entstehenden N-H(D)-Komplexe herangezogen. Die von der Gruppe um M. Stavola (Universität Lehigh) berichteten H(D)-korrelierten Schwingungsmoden konnten verifiziert werden. Allerdings sind die an verschiedenen Proben aus beiden Materialgruppen mit unterschiedlichen Bestrahlungsparametern gewonnenen Ergebnisse nicht mit der Zugehörigkeit aller Schwingungsbanden zu einem einzigen Komplex verträglich. Dies wird vor allem dadurch manifestiert, dass die Intensitäten der beiden beobachtbaren Streckschwingungen nicht in konstantem Verhältnis zu einander stehen. Es wird vorgeschlagen, dass die auftretenden Schwingungsbanden zu zwei verschiedenen N-H(D)-Zentren gehören, die nur jeweils ein Wasserstoff-Atom enthalten, im Gegensatz zu dem derzeit favorisiertem Modell eines N-Atoms mit zwei (asymmetrisch) gebundenen H(D)-Atomen. Eines dieser beiden Zentren zeigt aus Sicht der spektroskopischen Daten Verwandtschaft mit dem bekannten N-H(D)-Zentrum, das schon früher in wasserstoffhaltigen GaAs-Volumenkristallen gefunden wurde.
Publications
- H- and D-related mid-infrared absorption bands in Ga1-yInyAs1-xNx epitaxial layers. Phys. Status Solidi B 246, 200 (2009)
H. Ch. Alt, P. Messerer, K. Köhler, and H. Riechert
