Die elektronischen und atomaren Transporteigenschaften und die Mikrostruktur von Galliumarsenid unter dem Einfluss einer Temperung

Die vorliegende Arbeit, die im Rahmen des Forschungsprogramms 'Grundlagenforschung für die Informationstechnik' im Forschungszentrum KFA Jülich angefertigt wurde, beschäftigt sich mit dem Einfluß einer Temperung unter einem Arsendruck auf die elektrischen Transporteigenschaften und die elektronische Defektstruktur vonGalliumarsenid. Die wesentlichen Meßmethoden waren Widerstands-und Halleffektmessungen und die Deep-Level Transient Spectroscopy (DLTS). Wegen des extrem kleinen Eigendiffusionskoeffizienten von Arsen in Galliumarsenid sollte eine Arsenatmosphäre die elektrischen Transporteigenschaften im Volumen von getempertem Galliumarsenid nicht beeinflussen. Vor circa 4 Jahren wurden jedoch Ergebnisse publiziert, daß neben der Stöchiometrie auch die elektrischen Eigenschaften durch das Tempern mit unterschiedlichen Arsendrucken kontrollierbar seien. Diese Ergebnisse werden im wesentlichen verifiziert. Die Änderungen des spezifischen Widerstandes können mit der Neubildung von Donatoren und Akzeptoren erklärt werden, die auch experimentell mittels DLTS-Messungen nachgewiesen wurden. Dabei handelt es sich primär um elektrisch aktive Leerstellen, die durch Klettern von Versetzungen, durch die Auflösung von Arsenausscheidungen und durch die Abnahme der Konzentration des Antistrukturatoms A$_{S_{Ga}}$ entstehen. Ferner wird gezeigt, daß die Abnahme der Konzentration des Antistrukturatoms A$_{S_{Ga}}$ mit der Temperatur durch eine Erhöhung des Arsendrucks kompensiert werden kann. Der nachgewiesene Einfluß der Arsenatmosphäre auf die Volumeneigenschaften vonGalliumarsenid führt zu dem Schluß, daß das Arsen auf dem Zwischengitter in Galliumarsenid extrem beweglich ist. Der Literaturwert des Diffusionskoeffizienten von Arsen in Galliumarsenid, der mittels Tracer-Methoden gemessen wurde, wird als falsch beurteilt. Der Widerspruch zum Literaturwert, der um mindestens sechs Größenordnungen zur Erklärung der Effekte zu klein ist, wird aber in einem Diffusionsmodell verständlich, das die unterschiedliche Diffusion von markierten und nichtmarkierten Atomen im Falle der Eigendiffusion auf dem Zwischengitter berücksichtigt. Dabei spielen vor allem Austauschprozesse eine Rolle, die zur Immobilisierung derTraceratome führen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Programm 'Komp-Sim' entwickelt, das sehr effektiv zur Auswertung der Meßergebnisse und Modellierung der zugrundeliegenden Defektphysik genutzt werden kann. Mit einer 'differentiellen' Analyse wird die Auswertung von Halleffektmessungen wesentlich verbessert.