Plasmaunterstützte Molekularstrahlepitaxie von AlGaN/GaN-Heterostrukturen (eBook)

Titelseite 3
Impressum 4
Kurzzusammenfassung 5
Abstract 6
Inhaltsverzeichnis 9
Formelzeichen- und Symbolverzeichnis 13
1 Einleitung 15
2 Grundlagen 17
2.1 Nitrid-Halbleiter 17
2.1.1 Physikalische Eigenschaften 17
2.1.2 Optische Eigenschaften 20
2.1.3 Elektronische Eigenschaften 21
2.1.4 Metall-Isolator-Übergang im GaN 23
2.1.5 Polarisation und piezoelektrische Eigenschaften ternärer III-Nitride 24
2.1.6 Heterostrukturen und zweidimensionale Elektronengase 26
2.1.6.1 Strukturabhängige Ladungsträgerdichte 29
2.1.6.2 Transporteigenschaften und Streumechanismen 32
2.2 Kurzperiodische Übergitter als vielseitige Teststruktur 34
2.2.1 Künstlicher Kristall – Röntgenbeugung an kurzperiodischen Übergittern 34
2.2.2 Multiquantentopf – der Quantum-Confined-Stark-Effekt 37
2.3 Wachstumsverfahren für die Herstellung der Gruppe-III-Nitride 39
2.3.1 Ammonothermalverfahren 39
2.3.2 Hydridgasphasenepitaxie 39
2.3.3 Metallorganische chemische Gasphasenabscheidung 40
2.3.4 Molekularstrahlepitaxie 40
2.3.4.1 Teilchentransport im Ultrahochvakuum 43
2.3.4.2 Kammerdesign und Zellkonzepte 43
2.3.4.3 Wachstum von Gruppe-III-Nitriden 45
3 Charakterisierungsmethoden 46
3.1 Rasterkraftmikroskopie 46
3.2 Reflektometrie 47
3.3 Hochaufgelöste Röntgenreflektometrie und Röntgendiffraktometrie 47
3.4 Hochenergetische Elektronenbeugung 48
3.5 Photolumineszenzmessungen 49
3.6 Kapazität-Spannungs-Messungen 50
3.7 Spannung-Strom-Messungen 51
3.8 Tieftemperatur-Magnetotransport-Messungen 51
3.8.1 Klassischer Hall-Effekt 52
3.8.2 Quanten-Hall-Effekt 52
3.8.3 Shubnikov-de Haas-Oszillationen 53
4 Experimentelle Resultate 54
4.1 Kalibrierung des Molekularstrahlepitaxie-Systems 54
4.1.1 Justierung der Wachstumsrate und des III/V-Verhältnisses 54
4.1.2 Schichtdickenhomogenität und Aluminiumverteilung 57
4.1.3 Kalibrierung des Aluminiumgehaltes in AlGaN-Schichten 60
4.2 Wachstum und strukturelle Eigenschaften epitaktischer GaN- und AlGaN-Schichten 61
4.2.1 Einfluss des III/V-Verhältnisses während des Wachstums 61
4.2.2 Substrateinfluss auf die strukturelle Perfektion MBE-gewachsener GaN- und AlGaN-Schichten 64
4.3 Photolumineszenzuntersuchungen an MBE-gewachsenen GaN- und AlGaN-Schichten 71
4.3.1 Photolumineszenzuntersuchungen an AlGaN/GaN-Heterostrukturen 71
4.3.2 Photolumineszenzuntersuchungen an GaN-Volumenmaterial 75
4.4 Elektrische Charakterisierung von GaN und AlGaN/GaN-Heterostrukturen 79
4.4.1 Teststrukturen 80
4.4.1.1 Entwicklung eines schnellen schattenmaskenbasierten Prozesses für die elektrische Charakterisierung 80
4.4.1.2 Testchipdesign und Prozessfluss für die Bauelementherstellung mittels lithographischer Strukturierung 84
4.4.2 I(U)- und C(U)-Resultate MBE-gewachsener Strukturen 87
4.4.2.1 Untersuchung von Transistorstrukturen und Bestimmung der Hintergrundladungsträgerdichte in GaN und AlGaN 87
4.4.2.2 Einfluss der Wachstumsbedingungen auf die Hintergrundverunreinigung 95
4.4.2.3 Elektrische Eigenschaften von 2DEG-Strukturen mit reduzierter Hintergrundsauerstoffkonzentration 100
4.4.3 Tieftemperatur-Magnetotransport-Eigenschaften 104
5 Zusammenfassung und Ausblick 109
Anhang 112
Anhang I 113
Anhang II 114
Anhang III 115
Zweites Maskendesign für UV-Lithographie-basierten Prozessfluss 117
Literaturverzeichnis 119
Abbildungsverzeichnis 125
Tabellenverzeichnis 131
Publikationen 132
Danksagung 134