Würzburg, Univ., Dipl.-Arbeit, 2001.

Universiẗat, Diss., 1995--Paderborn.

Techn. University, Diss., 2003--Chemnitz.

Zur Charakterisierung mesoskopischer elektrischer Inhomogenitäten in undotiertem GaAs, die meist eine zellulare Struktur mit hochohmigen Zellzentren und niederohmigen Zellwänden aufweisen, wurde die Punktkontakt-Technik weiterentwickelt, mit der hochaufgelöste und quantitative Widerstandsmessungen möglich sind. Untersuchungen der I-U-Kennlinie des Punktkontakts zeigten, dass sich letzterer näherungsweise durch einen Schottkykontakt mit hohem Serienwiderstand beschreiben lässt. Eine Kalibrierung des Punktkontakt-Stromes (IPC) lieferte für Widerstände > 1E6 Ohmcm eine inverse Proportionalität zwischen IPC und Widerstand. Messungen ergaben, dass die Widerstandsfluktuationen bei halbisolierenden Proben weniger als eine Größenordnung betragen. Dagegen wiesen Proben im hochohmigen Bereich (n = 1E10 cm^-3) Unterschiede im Widerstand von bis zu 3 Größenordnungen auf. Anhand temperaturabhängiger Punktkontaktmessungen konnte der experimentelle Beweis erbracht werden, dass der Widerstand hochohmiger Proben in den Zellwänden schon durch Sauerstoff bestimmt wird, während der Widerstand im Zellinneren noch durch EL2 bestimmt wird. Die anomale Verringerung der Hallbeweglichkeit in hochohmigen GaAs konnte eindeutig mit einer Erhöhung mesoskopischer elektrischer Inhomogenitäten korreliert werden.

Inhalt der Arbeit waren die Überprüfung der Leistungsfähigkeit der beiden Verfahren Mikrowellendetektierte Photoleitung (MD-PL) und Mikrowellendetektierte Photo Induced Current Transient Spectroscopy (MD-PICTS) sowie ihre praktische Anwendung auf den Halbleiter GaAs. Zerstörungsfreie Photoleitungs-Wafertopogramme geben Auskunft über die Verteilung des Defekts EL20 bzw. über Widerstand und Ladungsträgerlebensdauer im Volumen eines Wafers bzw. seiner Oberfläche. MD-PICTS-Topographie weiterer Defekte ist möglich. Die Verfahren brachten ein neues Verständnis der bei PICTS ablaufenden Prozesse - die Peakhöhe ist nicht für alle Defekte unmittelbar proportional zur Defektkonzentration. Für die Erklärung positiver und negativer EL2- und EL3-PICTS- Peaks wurde ein Modell entwickelt, nach dem es sich bei diesen Defekten um Rekombinationszentren handelt. Das Modell wurde durch Simulationsrechnungen bestätigt. Ferner entstanden Ergebnisse zum Defekt EL6, an getemperten Wafern und an Epitaxieschichten.

Die Kenntnisse über die zur Passivierung führenden Wechselwirkungen des Verunreinigungselements Cu mit EL2 und EL6 wurden dahingehend erweitert, dass ein Gültigkeitsbereich für die Messungen zur Bestimmung der konzentrationsproportionalen Messgröße der Defekte festgelegt wurde. Der Defekt EL6 ist das die 0.8 eV-PL-Emission bedingende und die Ladungsträgerlebensdauer determinierende Rekombinationszentrum. Die Lebensdauer wird durch mindestens ein weiteres Zentrum beeinflusst. Die atomare Struktur des EL6 wurde mit AsGa VAs und die des weiteren Zentrums mit Asi bestimmt. Mittels Wärmebehandlung kann die Ladungsträgerlebensdauer gezielt beeinflusst werden. Bei der Bildung und Annihilation sowie der Verteilung der Defekte EL2, EL6, VGa und der As-Ausscheidungen besteht eine wechselseitige Korrelation. Sowohl strukturelle Defekte als auch die Inkorporation von Dotierelementen, deren Atomradien deutlich kleiner sind als Ga und As, stellen beeinflussende Faktoren dar. Das Defekt-Transformations-Modell erklärt die Bildung wachstumsfähiger Keime einer As-Ausscheidung durch EL2 bzw. EL6 mit den sich in der ersten Koordingationssphäre befindenden As-Atomen. Das Gitterrelaxations-Modell ermöglicht die Interpretation der katalytischen Wirkung des Dotierelements C. Die Umsetzung dieser Ergebnisse bedeutet die Anwendung des Defect Engineerings im SI-LEC-GaAs.

Die vorliegende Arbeit beinhaltet die Kontrolle und Beeinflussung der Schmelzströmung beim Vertical Gradient Freeze- (VGF-) Verfahren durch magnetische Wechselfelder, wobei speziell der Einfluss von rotierenden und wandernden Magnetfeldern auf den Stoff- und Wärmetransport untersucht wird. Das Potential der VGF-Magnetfeldzüchtung für die Reduktion der thermischen Spannungen bei der Züchtung von Ge- und GaAs-Kristallen wird demonstriert. Anhand von Experimenten zur Gasphasendotierung von Ge-Einkristallen mit Zink werden außerdem die Vorteile des Magnetfeldeinsatzes für eine effektive Durchmischung der Schmelze und für eine Reduzierung der radialen Dotierstoffsegregation gezeigt. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit ist die Entwicklung von züchtungsrelevanten Modellanordnungen für systematische Strömungsexperimente mit niedrig schmelzenden Legierungen. Dadurch kann die gegenseitige Beeinflussung zwischen der magnetfeldinduzierten Strömung und der thermische Auftriebströmung beim VGF-Verfahren direkt untersucht werden.

Techn. University, Diss., 2004--Darmstadt.

Erstmalig wurden für die VGF-Züchtung von GaAs-Kristallen die verschiedenen Möglichkeiten der Beeinflussung der Kohlenstoffkonzentration untersucht und Möglichkeiten zu deren zielstrebigen Einstellung aufgezeigt. Dies eröffnet auch für die so gezüchteten Kristalle den semi-isolierenden Widerstandsbereich bei niedrigkompensiertem GaAs technologisch sicher einstellen zu können. Anhand umfangreicher experimenteller Daten und thermodynamischer Betrachtungen werden die komplexen Zusammenhänge untersucht und Lösungswege für die technologische Beherrschung aufgezeigt. Das auf die experimentellen Daten angewendete Modell erzeugte die notwendigen Regelparameter für einen gradientenfreien Verlauf der Kohlenstoffkonzentration entlang der Kristallachse. Die Ergebnisse der Dissertation konnten in eine industrielle Fertigungstechnologie übertragen werden.

Das PICTS-Verfahren ist eine der am häufigsten eingesetzten Methoden zur Charakterisierung semiisolierender Halbleiter. Die methodischen Fortschritte bei der Ermittlung von Störstellenparametern mit diesem Verfahren werden in dieser Arbeit vorgestellt. Als praktikable Methode für den Nachweis einer temperaturabhängigen Änderung des Besetzungsverhältnisses einer Haftstelle wird die Normierung auf die Emissionsrate der Elektronen eingeführt. Es wird gezeigt, dass Peaks, bei denen diese Normierung misslingt, nicht für die Ermittlung der Störstellenparameter herangezogen werden dürfen. Die Untersuchungen belegen, dass für die vollständige Umladung der Störstellen eine geeignete Anregungsintensität verwendet werden muss. Durch PICTS-Messungen an Kupfer-dotierten Proben wird eine systematische Abhängigkeit der Peakhöhen Kupfer-korrelierter Peaks vom Kupfergehalt der Proben nachgewiesen. Mit den Untersuchungen wird belegt, dass sich Kupfer mittels PICTS bis zu einer minimalen AES-Kupfer-Konzentration von [Cu]min ca. 5·1E14/cm^3 nachweisen lässt.