Zur metallorganischen Molekularstrahlepitaxie im Materialsystem GaAs/GaInP

In dieser Arbeit wurde die metallorganische Molekularstrahlepitaxie (MOMBE) im Materialsystem GaInP/GaAs optimiert und die Verwendung gasförmiger Quellen zur Kohlenstoffund Tellur-Dotierung untersucht. Der für die Abscheidung phosphorhaltiger Materialien notwendige Umbau bewirkte durch die zusätzlich durchgeführte Neukonstruktion des Gaseinlasses ein verbessertes Regelverhalten des Gassystems in Bezug auf die erzielbare Genauigkeit und Schaltgeschwindigkeit. Es können GaAs-Schichten gleicher Qualität abgeschieden werden wie vor der Modifikation der Epitaxieanlage. GaInP-Schichten guter Morphologie werden bei der Verwendung der Quellmaterialien TEGa/TMIn bei einer Temperatur von 510°C und einem V/III-Verhältnis von 1.2 beziehungsweise bei der Verwendung von TEGa/TEIn bei 500°C und einem V/III-Verhältnis von 4 erhalten. Bei den GaInP-Schichten wird eine laterale und vertikale Kompositionsinhomogenität festgestellt. Die Untersuchungen zur Dotierung selbst lassen sich in Versuche zur p-Dotierung mittels Kohlenstoffund Versuche zur n-Dotierung mittels DETe unterteilen. Bei der Dotierung mit Kohlenstoff ist sowohl der intrinsische Ansatz, bei dem der Kohlenstoff direkt aus den galliumhaltigen Quellmaterialien durch Zugabe von TMGa eingebaut wird, als auch der extrinsische Ansatz, bei dem der Kohlenstoff durch eine eigenes Quellmaterial (CBr$_{4}$) in die Kammer injiziert wird, untersucht worden. In GaAs ist mittels beider Ansätze die p-Dotierung möglich. Bei der intrinsischen Dotierung ist es möglich, GaAs mit einem Gemisch aus TEGa/TMGa kontrolliert von 10$^{15}$ cm$^{-3}$ bis 10$^{20}$ cm$^{-3}$ zu dotieren. Die Dotierung ist dabei nicht linear von dem TMGa-Anteil im Gemisch abhängig, so daß die Dotierung mit diesem Gemisch nicht einfach zu handhaben ist; in der Praxis ist bei den gewünschten Bedingungen die Abscheidung von Kontrollschichten notwendig. Als extrinsische Kohlenstoffquelle ist CBr$_{4}$ verwendet worden. Die Abhängigkeit vom CBr$_{4}$ Angebot ist linear und somit einfacher als bei der intrinsischen Dotierung. Allerdings ist dadurch auch die Dotierdynamik geringer; der Dotierbereich bewegt sich von 5*10$^{18}$ cm$^{-3}$ bis 5*10$^{19}$ cm$^{-3}$. Bei beiden Ansätzen besteht eine starke Abhängigkeit der erzielten p-Dotierung von den Wachstumsparametem Substrattemperatur und V /III -Verhältnis. Im Material Ga$_{1-x}$In$_{x}$P ist mit beiden Ansätzen keine p-Dotierung erzielt worden; die dotierten Schichten sind jeweils hoch kompensiert. Dies bestätigt, daß das Dotierelement Kohlenstoff wegen seiner amphoteren Eigenschaft nur begrenzt in indiumhaltigen Materialsystemen zu verwenden ist. Die n-Dotierung im System GaInP/GaAs ist für den Dotierstoff DETe untersucht worden. In beiden Materialien ist mittels DETe eine Ladungsträgerkonzentration zwischen 5*10$^{16}$ cm$^{-3}$ und 2*10$^{19}$ cm$^{-3}$, im Falle des GaInP sogar hinauf bis zu 4*10$^{19}$ cm$^{-3}$, zu erzielen. In GaAs nimmt dabei die elektrische Aktivität bei Dotierungen oberhalb von 8*10$^{18}$ cm$^{-3}$ ab