Book/Report

FZJ-2018-04523

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Photoemissionsspektroskopische Untersuchungen zum Einfluß heterovalenter Grenzflächen auf die Banddiskontinuität von GaAs(100)/Ge und III-V Halbleiterkontakten

Kohleick, R. (Corresponding author)FZJ*

1993
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/19439

Report No.: Juel-2828

Abstract: In dieser Arbeit werden Untersuchungen zur Beeinflussung der Banddiskontinuitäten von Halbleiter-Heterokontakten vorgestellt. Hierbei wird insbesondere die Wirkungsweise von Grenzflächen zwischen elementaren Halbleitern der Gruppe IV und III-V Verbindungshalbleitern entlang der $\textit{polaren}$ [100] Kristallorientierung untersucht. Die Charakterisierung der Heterostrukturen erfolgt vornehmlich durch XPS sowie UPS-Messungen an Ga3d und In4d Rumpfniveaus unter Ausnutzung der Strahlung der Hell-Satelliten. Die betrachteten Materialsysteme umfassen einerseits das System GaAs(100)/Ge, in das dünne Schichten von III-V Verbindungshalbleitern eingebracht werden (AlAs, InAs), und andererseits III-V Hetero- und Homostrukturen, in die Si- und Ge-Zwischenschichten eingefügtwerden. Zunächst wird die GaAs(100)/Ge Heterostruktur umfassend charakterisiert und auch ihre Banddiskontinuität bestimmt. Anschließend werden dünne (2 ML) AlAs und InAs-Zwischenschichten in die Grenzfläche der Heterostruktur eingebracht. AlAs verbleibt während der Ge-Epitaxie an seiner Position an der Grenzfläche und ist daher als Zwischenschichtmaterial geeignet. Sein Einfluß auf die Banddiskontinuität der GaAs(100)/Ge Heterostruktur ist jedoch im Rahmen des Meßfehlers vernachlässigbar. Demgegenüber segregiert InAs vollständig an die Oberfläche des aufwachsenden Ge-Films und entfernt sich so von der Heterogrenzfläche. Aufgrund dieser Reaktion ist InAs für dieses System als Zwischenschichtmaterial ungeeignet. Im Gegensatz hierzu vermögen Si und auch Ge-Zwischenschichten im System GaAs(100)/AIAs sowie in der invertierten Heterostruktur eine Veränderung der Banddiskontinuität um bis zu ± 0.4 eV herbeizuführen. Die Wirkungsweise derZwischenschicht ist dabei von ihrer Lokalisierung an der Grenzfläche und damit von der Mikrostruktur der Grenzfläche abhängig. Sie zeigt bei Umkehrung der Wachstumsrichtung lediglich einen Vorzeichenwechsel, jedoch keine Veränderung ihres absoluten Wertes. Wie Dotierungsexperimente zeigen, kann die Veränderungder Banddiskontinuität vermutlich nicht durch Artefakte aufgrund einer zusätzlichen, diffusiven Dotierung der Deckschicht erklärt werden. Darüber hinaus können in der GaAs(100)/AlAs Heterostruktur anhand hochaufgelöster UPS zusätzliche spektrale Anteile in den Ga3d-Rumpfniveauspektren nachgewiesen werden, die durch segregiertes Ga des Substrats hervorgerufen werden. Die Aktivierungsenergie für die Segregation wird zu 0.15 ± 0.1 eV bestimmt. Da die Ga-Segregation im Gegensatz zur reinen GaAs/AlAs Struktur durch Siund Ge-Zwischenschichten unterdrückt wird, stellt sich die Frage, ob die Segregation einen Einfluß auf die Banddiskontinuität nimmt. Temperaturabhängige Messungen zeigen, daß dies nicht der Fall ist. Die Banddiskontinuität wird also durch die Zwischenschicht selbst und nicht indirekt durch eine Veränderung der Kationverteilung verändert. Zur Untersuchung des verspannten GaAs/InAs Systems wird zunächst das Wachstum sowohl der GaAs(100)/InAs als auch der InAs(100)/GaAs Heterostruktur charakterisiert. Hierbei wird für beide Systeme eine kritische Schichtdicke von 2.5 bzw. 4 ML bestimmt. Die Banddiskontinuität des GaAs/InAs Systems wird ebenfalls durch Si- und Ge-Zwischenschichten beeinflußt. Im Gegensatz zum unverspannten GaAs/AlAs System zeigt sich hier insbesondere für Si-Zwischenschichten jedoch eine deutliche Abhängigkeit des absoluten Wertes der Banddiskontinuitätsveränderung von der Wachstumsrichtung, was vermutlich auf die in diesem System vorliegende, starke Gitterfehlanpassung zurückzuführen ist. Wie im GaAs/AlAs System wechselt die experimentell bestimmte Veränderung der Diskontinuität ihr Vorzeichen bei Umkehrung der Wachstumsrichtung. Die Abhängigkeit des zusätzlichen Dipols von der Zwischenschichtdicke entspricht qualitativ weitgehend dem Verhalten der Zwischenschichten im GaAs/AlAs System. Lediglich die absoluten Werte liegen unterhalb der für das GaAs/AlAs System bestimmten. Während die Veränderung für Ge-Schichten einem Sättigungswert von rund ± 0.25 eV zustrebt, erreicht ihr Wert für Si-Bedeckungen von rund 0.5 ML ein Maximum, um anschließend wieder abzufallen. Die Rumpfniveau-Bindungsenergieabstände der Kationen von Substrat und Deckschicht sind im Rahmen des experimentellen Fehlers unabhängig vom Verspannungsgrad des Systems, was angesichts des hohen Gitterfehlanpassung von rund 7% im System GaAs/InAs überrascht. Abschließend wird versucht, durch das Einbringen von Si bzw. Ge eine künstliche Banddiskontinuität in GaAs und InAs Homostrukturen zu erzeugen. Trotz der vergleichsweise hohen Auflösung der Rumpfniveau-UPS werden jedoch weder für GaAs noch für InAs eindeutige Indizien für eine künstliche Banddiskontinuität gefunden. Mit den hier vorgestellten Untersuchungen können jedoch obere Grenzen für die künstlichen Banddiskontinuitaten angegeben werden. Die Beobachtungen lassen es fraglich erscheinen, ob etwaige Banddiskontinuitäten derartiger Homostrukturen prinzipiell mit Photoemissionsmessungen nachgewiesen werden können.

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Contributing Institute(s):

1. Publikationen vor 2000 (PRE-2000)

Research Program(s):

1. 899 - ohne Topic (POF3-899) (POF3-899)

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Database coverage:

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