Untersuchungen der strukturellen Eigenschaften von InGaAs-GaAs-Übergittern und zur Rekonstruktion des projizierten Kristallpotentials in der hochauflösenden Elektronenmikroskopie

Abstract

In den letzten Jahrzehnten haben Halbleiterbauelemente, deren Herstellung auf Kombinationen von Gruppe-lV-Elementen, Ill-V -Verbindungshalbleitern und II-VI-Verbindungshalbleitern, sowie ihren ternären und quaternären Verbindungen beruht, neuartige technologische Perspektiven eröffnet und eine Reihe materialwissenschaftlicher Fragestellungen aufgeworfen. Das technologische Potential beruht darauf, daß die elektrischen und optoelektronischen Eigenschaften vieler Verbindungshalbleiter durch die Existenz einer direkten Bandlücke bestimmt werden, und einige Verbindungshalbleiter eine sehr hohe Ladungsträgerbeweglichkeit aufweisen [117]. Das Maßschneidern elektrischer Eigenschaften, sowie das Erreichen einer hohen Integrationsdichte von erfordert ausnahmslos strukturelle Perfektionauf sehr kleinen Längenskalen, bis hinunter auf die Ebene. Ein wichtiger Elementarprozeß bei der Bauelementherstellung ist das Aufwachsen eines kristallinen Materials auf ein anderes kristallines Material, wobei die aufwachsende Schicht die kristallographische Orientierung des Substrats übernimmt. Diese $\textit{Heteroepitaxie}$ zweier verschiedener Materialien ist technologisch in einer Reihe von Verfahren realisiert, wie der Molekularstrahlepitaxie ($\textit{molecular beam epitaxy}$, MBE), der Flüssigphasenepitaxie ($\textit{liquid phase epitaxy}$, LPE), der Deposition aus der Gasphase ($\textit{chemical vapour deposition}$, CVD), sowie Hybridverfahren, die nach der Zusammensetzung der Quellen oder nach der Art der Prozeßführung benannt sind: Molekularstrahlepitaxie mit metallorganischen Verbindungen ($\textit{metal organic molecular beam epitaxy}$, MOMBE), Niedrigdruck-Gasphasendeposition ($\textit{low pressure chemical vapour deposition}$, LPCVD), und so fort. Die grundlegende Problematik der Halbleiter-Heteroepitaxie liegt in den oft sehr unterschiedlichen strukturellen und mechanischen Eigenschaften der beteiligten Materialien, wie zum Beispiel der Kristallstruktur, der Gitterkonstante, des Schubmoduls und des thermischen Ausdehnungskoeffizienten. In einer Vielzahl von Fällen istdie Kristallstruktur der beteiligten Materialien jedoch gleich, nämlich vom Diamantoder Zinkblende-Typ. In diesem Fall wächst die Schicht in der kristallographischenOrientierung auf, die durch die Substratoberfläche vorgegeben wird. Häufig unterscheiden sich jedoch die Gitterkonstanten der beiden Materialien voneinander, so daß ein defektfreies, gitterangepaßtes Wachstum nur dann möglich ist, wenn das aufwachsende Material die Gitterkonstante des Substratmaterials annimmt. Die dabei auftretende elastische [...