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Georg Brockt :
Dissertation angenommen durch: Gerhard-Mercator-Universität
Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung
Elektrotechnik und Informationstechnik, 2002-04-11
BetreuerIn: Prof. Dr.-Ing. Erich Kubalek ,
Gerhard-Mercator-Universität Duisburg, Fakultät für
Ingenieurwissenschaften, Abteilung Elektrotechnik und
Informationstechnik
GutachterIn: Prof. em. Dr.-Ing. Erich Kubalek ,
Gerhard-Mercator-Universität Duisburg, Fakultät für
Ingenieurwissenschaften, Abteilung Elektrotechnik und
Informationstechnik GutachterIn: Prof. em. Dr.rer.nat. Klaus Heime , RWTH Aachen, Institut für Halbleitertechnik
Schlüsselwörter in Deutsch: GaN, InGaN, Heterostruktur,
Übergitter, Raster-Transmissionselektronenmikroskop (RTEM),
Ordnungszahlkontrast, Elektronenenergieverlust-Spektroskopie (EELS),
Bandabstand, Permittivität
Schlüsselwörter in Englisch: GaN, InGaN, heterostructure,
superlattice, scanning transmission electron microscope (STEM),
Z-contrast, electron energy-loss spectroscopy (EELS), bandgab,
dielectric function
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Abstrakt in Deutsch
Bei der Entwicklung neuer optoelektronischer Bauelemente aus
Gruppe-III-Nitrid-Heteroschichten sind Charakterisierungsverfahren
erforderlich, die bei höchster Ortsauflösung Informationen über lokale
physikalische und chemische Materialeigenschaften liefern. Ziel dieser
Arbeit war es, die analytischen RTEM-Techniken zu erweitern und zur
technologie-begleitenden Nano-Charakterisierung von
III-Nitrid-Heteroschichten einzusetzen. Dazu wurden die Methoden der
Elektronenenergieverlust-Spektroskopie (EELS) grundlegend optimiert und
eine Analyse-technik bereitgestellt, welche die Messung optischer
Materialeigenschaften wie Bandabstand und Permittivität mit einer
Ortsauflösung im Nanometerbereich ermöglicht.
Die Kombination der RTEM-Techniken EELS, konvergente Elektronenbeugung
(CBED) und Ordnungszahl(Z)-Kontrastabbildungen wurde zur
Charakterisierung und Optimierung der strukturellen Eigenschaften,
Grenzflächengüte sowie chemischen Zusammensetzungen von
InGaN-Heteroschichten genutzt. Dabei wurde der Einfluss der
Wachstumsparameter bei der Verbesserung der Grenzflächenschärfe von
InGaN-Quantentrögen gezeigt. Es konnten nano-skopische Inhomogenitäten
des In-Gehaltes direkt mittels Z-Kontrastabbildungen nachgewiesen und
durch EELS quantifiziert werden. Systematische Untersuchungen zeigten,
wie die Entstehung von V-Defekten in InGaN/GaN-Übergittern durch
Temperaturmodulationen während der Epitaxie vermieden werden kann.
Zur Bestimmung optischer Daten innerhalb von III-Nitrid-Heteroschichten
wurden die optimierten Methoden der EELS eingesetzt. Die Aussagekraft
der Messungen wurde durch Vergleiche mit Synchrotronmessungen und
theoretischen Bandstrukturdaten demonstriert. Aufgrund der hohen
Ortsauflösung konnten die optischen Eigenschaften lokaler
Separationseffekte und Defekte in III-N-Schichten gemessen und mit
chemischen sowie strukturellen Eigenschaften korreliert werden.
Abstrakt in Englisch
The development of new optoelectronic devices using
group-III-nitride-heterostructures requires characterization techniques
which give spatially resolved information about the local physical and
chemical material properties. The goal of this work was the improvement
of analytical STEM-techniques and its application on
nano-characterization of III-N-heterostructures. The optimization of
electron energy-loss spectroscopy provides a measurement techniques
which yields spatially resolved information about bandgap energy and
dielectric function on a nanometer scale.
A combination of STEM-techniques like EELS, convergent electron
diffcration (CBED) and Z-contrast imaging was used to characterize and
improve structural properties, interfaces and chemical composition of
InGaN-layers. The influence of growth parameters on the enhancement of
interface sharpness was demonstrated. Additionally nanoscale
fluctuations of the In-content could be proved by Z-contrast imaging
and quantified by EELS. It was shown how v-defects in
InGaN/GaN-superlattices can be eliminated by modulating the growth
temperature during epitaxial growth. The improved EELS-techniques were
used for measuring optical properties within III-N-heterostructures.
The significance of the results could be demonstrated by a comparison
to synchrotron measurements and bandstructure calculations. Due to the
high spatial resolution optical properties of local separations and
defects could be measured and correlated to chemical and structural
properties.
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