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Title
Studies of nucleation and surface kinetics in molecular beam epitaxy of GaN / Gregor Koblmüller
AuthorKoblmüller, Gregor
CensorPongratz, Peter ; Sitter, Helmut
Published2004
Description131 S. : Ill., graph. Darst.
Institutional NoteWien, Techn. Univ., Diss., 2005
Annotation
Zsfassung in dt. Sprache
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (GND)Galliumnitrid / Molekularstrahlepitaxie / Keimbildung / Oberfläche / Kinetik / Quadrupolmassenspektrometrie
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-13312 Persistent Identifier (URN)
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Studies of nucleation and surface kinetics in molecular beam epitaxy of GaN [11.01 mb]
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Abstract (German)

Präzise Studien über die Nukleation und Oberflächenkinetik in der Molekularstrahlepitaxie von GaN wurden mit Hilfe von in situ und quantitativer Quadrupolmassenspektrometrie in direkter Ausrichtung auf das Substrat ermöglicht. Dieses Verfahren misst die Desorption von Ga Atomen während dem Schichtwachstum und erlaubt Rückschlüsse auf atomistische Prozesse wie Adsorption, Desorption, Inkorporation aber auch akurate Wachstumratenbestimmung. Speziell wurden die Oberflächenterminierungen der technologisch relevanten polaren wurtzit GaN Orientierungen (N-polar und Ga-polar) erstmals experimentell ermittelt, wobei sich im Unterschied zu anderen III-V Halbleiter hier immer eine metallische Ga Terminierung einstellt. Die thermodynamisch stabilen Gleichgewichtsbedeckungen sind 1ML Ga auf der N-polaren Oberfläche und 2.4ML Ga auf der Ga-polaren Oberfläche, in hervorragender Übereinstimmung mit vorausgegangenen theoretischen Berechnungen.

Insbesondere steigt die Gleichgewichtsbedeckung kontinuierlich mit steigendem Ga/N Flussverhältnis von 0-2.5 ML, was sich auf die Oberflächenmorphologien dicker GaN Schichten drastisch auswirkt. Die heteroepitaktische Nukleation von GaN auf Saphir und SiC zeigt wegen einem anfänglichen Benetzungsproblem eine massive Wachstumsverzögerung und einen Schichtdickenverlust, was zu 3D-Inselwachstum führt. Im Gegensatz nukleiert GaN auf AlN als 2D hochverspannte dünne Schicht, die wegen der kompressiven Verspannung bei etwa 2ML GaN zu 3D Inseln bzw.

Quantum Dots elastisch relaxiert, was als Stranski Krastanow (SK)Wachstum bezeichnet wird. Der SK Modus kann allerdings unterdrückt werden, wenn beim GaN Wachstum Bedingungen herrschen von mehr als 1ML Ga Bedeckung auf der Oberfläche, sodass komplettes 2D Wachstum ermöglicht wird. Dies erlaubt eine gezielte und reproduzierbare Art einerseits GaN quantum wells und andererseits GaN quantum dots herzustellen.

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