Struktur innerer Grenzflächen von (GaIn)(NAs)-Heterostrukturen und Eigenschaften von (GaIn)(NAs)-Laserdioden

Das Themengebiet der Arbeit war die Herstellung und Untersuchung von Halbleiterheterostrukturen und Laserbauelementen auf der Basis des neuartigen Materialsystems (GaIn)(NAs). Die Proben wurden mittels Metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) unter Verwendung der Quellen Tertiärbuthylarsin (TBAs), 1,1-Dimethylhydrazin (UDMHy), Triethylgallium (TEGa) und Trimethylindium (TMIn) bei Wachstumstemperaturen von 525°C und einem Reaktordruck von 50mbar hergestellt. Als Substrat wurde exakt orientiertes (100)-GaAs benutzt. Es handelt sich bei (GaIn)(NAs) um ein metastabiles Materialsystem, bei dem komplexe Wechselbeziehungen zwischen den Wachstumsparametern bestehen. Die Proben wurden mit zahlreichen experimentellen Methoden analysiert, von denen einige im Rahmen dieser Arbeit neu geschaffen wurden. Die Arbeit weist zwei Schwerpunkte auf: Zum einen wurde die Struktur und die Strukturentwicklung von (GaIn)(NAs)-Heterostrukturen untersucht. Das Interesse lag dabei besonders auf der Gestalt von inneren, d.h. im Kristall eingebetteten Heterogrenzflächen und deren Einfluss auf die elektronischen Probeneigenschaften. Zum anderen wurden aufgrund der technologischen Relevanz Laserbauelemente auf (GaIn)(NAs)-Basis hergestellt und analysiert, die in der Nähe von 1300nm emittieren. Für die strukturellen Untersuchungen von inneren Halbleitergrenzflächen wurde eine neuartige Methode entwickelt. Durch die Kombination von höchstselektiven Ätzen und nachfolgender Rasterkraftmikroskopie ermöglicht sie die Beobachtung von dynamischen Strukturbildungsvorgängen auf inneren Grenzflächen mit einer Zeitauflösung von einer Sekunde bei subatomarer Höhenauflösung und einer lateralen Auflösung von ca. 20nm. Man erhält dreidimensionale Aufnahmen realer innerer Grenzflächen. Die Funktionsweise und die Funktionstüchtigkeit des Verfahrens wurden ausführlich für die Materialsysteme AlAs/GaAs, AlAs/(GaIn)As, AlAs/Ga(NAs) und AlAs/(GaIn)(NAs) demonstriert. Die Materialsysteme GaAs, (GaIn)As und Ga(NAs) zeigen unter optimierten Wachstumsbedingungen zweidimensionales van-der-Merwe-Wachstum. In Wachstumsunterbrechungen glätten die Wachstumsoberflächen aus, und es bilden sich glatte, eine-Monolage-hohe Terrassen aus. Für die zeitliche Entwicklung von charakteristischen Strukturgrößen (hier: von Inseldurchmessern) wurde ein Potenzgesetz der Form d=C*t^g gefunden. Es beschreibt quantitativ die Strukturentwicklung über mehr als zwei Größenordungen. (GaIn)(NAs)-Quantenfilme (x[In]=30%, y[N]