Metallorganische Molekularstrahlepitaxie im Heterosystem GaAs/AlGaAs

Die Vor- und Nachteile der metallorganischen Molekularstrahlepitaxie sind kausal mit der Verwendung gasförmiger Quellen verknüpft. Selektives Wachstum, hohe Kohlenstoffdotierungen sowie die einfache und reproduzierbare Handhabung werden durch die Verwendung der Gasquellen ermöglicht. Die chemische Struktur der verwendeten Quellen bestimmt hier sowohl die Wechselwirkungen mit der Halbleiteroberfläche als auch den Einbau intrinsischer und extrinsischer Verunreinigungen. Bei den vorliegenden Untersuchungen zur metallorganischen Molekularstrahlepitaxie im Heterosystem GaAs / AlGaAs fand dies in besonderem Maße Berücksichtigung.Für das Wachstum von GaAs hat sich das metallorganische Trialkyl TEGa als Ga Quelle etabliert. Kohlenstoff ist eine intrinsische Verunreinigung aus dieser Quelle; seinEinbau wird in weiten Bereichen durch die Wachstumstemperatur und das V/III-Verhältnis bestimmt. Durch eine „in situ" Bestimmung des effektiven V/III-Verhältnisses auf der Oberfläche ist es erstmals möglich, die Temperatureinflüsse auf das V/III-Verhältnis und den Einbau des Kohlenstoffes zu separieren. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde ein Alkyl-Transfer Modell entwickelt, das die Reduktion des Kohlenstoffeinbaues beschreibt. Dieses Modell postuliert einen Transfer der Liganden vom Gallium zum Arsen als limitierenden Schritt der Kohlenstoffinkorporation. Das Alkyl-Transfer Modell ist mit den experimentellen Resultaten bezüglich der Temperaturabhängigkeit und der Abhängigkeit vom V/III-Verhältnis konsistent und beschreibt den Kohlenstoffeinbau für TEGa und TMGa für Konzentrationen von 10$^{15}$ bis 10$^{19}$ cm$^{-3}$. Bei der Epitaxie von AlGaAs bedingt die chemische Struktur der Standard-Trialkyle (TMAl, TEAl) einen starken Einbau von Kohlenstoff und Sauerstoff; hochwertige AlGaAs Schichten erfordern daher neue Al-Quellen. Drei unterschiedliche Ansätze für die Reduktion des Kohlenstoff- und Sauerstoffeinbaues wurden untersucht. Die Verwendung der intramolekular abgesättigten Doppelringstruktur APAH reduziert den Sauerstoffeinbau, führt jedoch zu hohen Kohlenstoff- und Stickstoffkontaminationen. TMAAI, ein intermolekular abgesättigtes Alan-Addukt, enthält keine direkten Al-C Bindungen. Dennoch wird ein Kohlenstoffeinbau aus dieser Quelle nachgewiesen. Trotz relativ geringer Sauerstoff- und Kohlenstoffkontaminationen sind die optischen, elektrischen und morphologischen Eigenschaften der AlGaAs Schichten unzureichend. Die Ansätze zur inter- und intramolekularen Absättigung der Al-Quellen erweisen sich als erfolgreich; die Sauerstoffkontaminationen können, verglichen mit Standardquellen, reduziert werden. Die besten AlGaAs Schichten können jedoch mit TiBAl, einem metallorganischen Trialkyl mit hochmolekularen Liganden, hergestellt werden. Die reduzierte Bindungsstärke der Metall-Kohlenstoff Bindung ermöglicht hier eine Verringerung des Kohlenstoffeinbaues; der Sauerstoffeinbau wird durch den geringen Dampfdruck des Alkoxides reduziert. Hochwertige AlGaAs Schichten mit geringen Kohlenstoff- und Sauerstoffkontaminationen [...