Untersuchungen diffusionsinduzierter Defekte in GaP und GaSb mittels Transmissionselektronenmikroskopie

Diplomarbeit aus dem Jahr 1998 im Fachbereich Physik - Technische Physik, Note: 1,0, Christian-Albrechts-Universität Kiel (Unbekannt), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Einleitung: Die Verbindungshalbleiter GaP und GaSb finden wegen ihrer elektronischen Eigenschaften insbesondere Anwendung in der Opto- und Mikroelektronik. Um zu einem besseren Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen bei Zn-Diffusion in GaP und GaSb zu gelangen, haben wir Diffusionsexperimente durchgeführt. Die Diffusionsglühungen wurden an versetzungsfreien, intrinsischen GaP(001)- und GaSb(001)-Wafern in Quarzglasampullen unter verschiedenen Diffusionsbedingungen durchgeführt. Die Konzentrationsprofile wurden mittels Sekundärionenmassenspektroskopie und Elektronenmikrostrahlsonde bestimmt. Die durch die Zn-Diffusion entstehende Defektstruktur wurde mittels analytischer Transmissionselektronenmikroskopie an Querschnittsproben charakterisiert und die Oberflächen der Wafer mittels Rasterelektronenmikroskopie untersucht. Bei der Eindiffusion von Zn aus der Dampfphase kommt es zur Bildung stufenförmiger Konzentrationsprofile, welche durch eine hohe Zn-Oberflächenkonzentration und einen steilen Abfall des Zn-Gehalts an der Diffusionsfront gekennzeichnet sind. In n-dotierten Substraten können damit abrupte p-n-Übergänge durch Zn-Diffusion erzeugt werden. Die bei der Zn-Diffusion entstehenden Gitterbaufehler spielen hinsichtlich der industriellen Anwendung der Materialien insofern eine Rolle, als sie zu Störungen im periodischen Gitterpotential und lokalisierten Energieniveaus führen. Die Beweglichkeit der freien Ladungsträger wird damit sehr stark durch die strukturelle Fehlordnung beeinflußt, welches sich insbesondere auf die Funktiontüchtigkeit von p-n-Übergängen in elektronischen Bauelementen auswirkt. In GaP-Leuchtdioden führt die strukturelle Fehlordnung z.B. zu starker Reduzierung der Lumineszenz. Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis: 1.Einleitung3 2.Grundlagen der Diffusionstheorie6 2.1Mikroskopische Beschreibung6 2.2Makroskopische Beschreibung7 2.2.1Herleitung der Diffusionsgleichung7 2.2.2Dissoziativer Mechanismus8 2.2.3Kick-Out-Mechanismus9 3.Experimentelle Grundlagen12 3.1Diffusionsexperimente12 3.1.1Diffusionsparameter12 3.1.2Vorbereitung der Proben für das Diffusionsglühen13 3.2Bestimmung der Konzentrationsprofile13 3.2.1Elektronenmikrostrahlsonde13 3.2.2Sekundärionenmassenspektrometrie13 3.3Rasterelektronenmikroskopie 15 3.4Transmissionselektronenmikroskopie16 3.4.1Präparation der Proben für die Transmissionselektronenmikroskopie16 3.4.2Charakterisierung von Versetzungen und Versetzungsringen19 3.4.3Analyse von Ausscheidungen22 4.Experimentelle Ergebnisse24 4.1Konzentrationsprofile24 4.1.1Elementverteilungsbilder der Proben GaP/Zn3 und GaSb24 4.1.2Konzentrationsprofil der Probe GaP/Zn124 4.1.3Konzentrationsprofil der Probe GaP/Zn225 4.1.4Konzentrationsprofil der Probe GaP/Zn325 4.1.5Konzentrationsprofil der Probe GaSb26 4.2Mikrostruktur der Probe GaP/Zn129 4.3Mikrostruktur der Probe GaP/Zn235 4.4Mikrostruktur der Probe GaP/Zn342 4.5Mikrostruktur der Probe GaSb56 4.6Oberflächenuntersuchungen mittels Rasterelektronenmikroskopie64 4.6.1Glühung mit P- und Zn-Quelle64 4.6.2Glühung mit reiner Zn-Quelle65 5.Diskussion69 5.1Zusammenfassung der experimentellen Ergebnisse69 5.2Entstehung der Defekte im GaP und (GaSb)70 5.3Defektentwicklung in GaP und (GaSb)71 5.4Vergleich der Zn-Diffusion mit und ohne P-Quelle73 5.5Defektentwicklung bei Erhöhung der Glühtemperatur und Zn-Konzentration in der Quelle74 6.Zusammenfassung und Schlußfolgerung78 7.Anhang80 7.1Entstehung von Moiré-Mustern durch Doppelbeugung80 7.2Aufbau und Fun...