Plasmaunterstützte Molekularstrahlepitaxie von AlGaN/GaN-Heterostrukturen (eBook)
132 Seiten
Books on Demand (Verlag)
978-3-7412-4506-0 (ISBN)
Felix Schubert wurde am 15. September 1988 in Karl-Marx-Stadt (heute Chemnitz) geboren. Von 2006 bis 2011 studierte er an der Technischen Universität Bergakademie Freiberg und schloss im Dezember 2011 sein Studium mit dem Titel des Diplom-Ingenieurs für Elektronik- und Sensormaterialen ab. Im Januar 2012 begann er daraufhin seine Promotion an der Technischen Universität Dresden im Promotionsstudiengang Elektrotechnik. Ende 2015 reichte er seine Dissertationsschrift an der Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik der Technischen Universität Dresden ein und verteidigte seine Forschungsergebnisse im Rahmen einer Disputation, nachdem er zuvor sein Rigorosum erfolgreich bestanden hat. Die Veröffentlichung seiner Arbeit stellt den Abschluss seines Promotionsverfahrens dar.
Titelseite 3
Impressum 4
Kurzzusammenfassung 5
Abstract 6
Inhaltsverzeichnis 9
Formelzeichen- und Symbolverzeichnis 13
1 Einleitung 15
2 Grundlagen 17
2.1 Nitrid-Halbleiter 17
2.1.1 Physikalische Eigenschaften 17
2.1.2 Optische Eigenschaften 20
2.1.3 Elektronische Eigenschaften 21
2.1.4 Metall-Isolator-Übergang im GaN 23
2.1.5 Polarisation und piezoelektrische Eigenschaften ternärer III-Nitride 24
2.1.6 Heterostrukturen und zweidimensionale Elektronengase 26
2.1.6.1 Strukturabhängige Ladungsträgerdichte 29
2.1.6.2 Transporteigenschaften und Streumechanismen 32
2.2 Kurzperiodische Übergitter als vielseitige Teststruktur 34
2.2.1 Künstlicher Kristall – Röntgenbeugung an kurzperiodischen Übergittern 34
2.2.2 Multiquantentopf – der Quantum-Confined-Stark-Effekt 37
2.3 Wachstumsverfahren für die Herstellung der Gruppe-III-Nitride 39
2.3.1 Ammonothermalverfahren 39
2.3.2 Hydridgasphasenepitaxie 39
2.3.3 Metallorganische chemische Gasphasenabscheidung 40
2.3.4 Molekularstrahlepitaxie 40
2.3.4.1 Teilchentransport im Ultrahochvakuum 43
2.3.4.2 Kammerdesign und Zellkonzepte 43
2.3.4.3 Wachstum von Gruppe-III-Nitriden 45
3 Charakterisierungsmethoden 46
3.1 Rasterkraftmikroskopie 46
3.2 Reflektometrie 47
3.3 Hochaufgelöste Röntgenreflektometrie und Röntgendiffraktometrie 47
3.4 Hochenergetische Elektronenbeugung 48
3.5 Photolumineszenzmessungen 49
3.6 Kapazität-Spannungs-Messungen 50
3.7 Spannung-Strom-Messungen 51
3.8 Tieftemperatur-Magnetotransport-Messungen 51
3.8.1 Klassischer Hall-Effekt 52
3.8.2 Quanten-Hall-Effekt 52
3.8.3 Shubnikov-de Haas-Oszillationen 53
4 Experimentelle Resultate 54
4.1 Kalibrierung des Molekularstrahlepitaxie-Systems 54
4.1.1 Justierung der Wachstumsrate und des III/V-Verhältnisses 54
4.1.2 Schichtdickenhomogenität und Aluminiumverteilung 57
4.1.3 Kalibrierung des Aluminiumgehaltes in AlGaN-Schichten 60
4.2 Wachstum und strukturelle Eigenschaften epitaktischer GaN- und AlGaN-Schichten 61
4.2.1 Einfluss des III/V-Verhältnisses während des Wachstums 61
4.2.2 Substrateinfluss auf die strukturelle Perfektion MBE-gewachsener GaN- und AlGaN-Schichten 64
4.3 Photolumineszenzuntersuchungen an MBE-gewachsenen GaN- und AlGaN-Schichten 71
4.3.1 Photolumineszenzuntersuchungen an AlGaN/GaN-Heterostrukturen 71
4.3.2 Photolumineszenzuntersuchungen an GaN-Volumenmaterial 75
4.4 Elektrische Charakterisierung von GaN und AlGaN/GaN-Heterostrukturen 79
4.4.1 Teststrukturen 80
4.4.1.1 Entwicklung eines schnellen schattenmaskenbasierten Prozesses für die elektrische Charakterisierung 80
4.4.1.2 Testchipdesign und Prozessfluss für die Bauelementherstellung mittels lithographischer Strukturierung 84
4.4.2 I(U)- und C(U)-Resultate MBE-gewachsener Strukturen 87
4.4.2.1 Untersuchung von Transistorstrukturen und Bestimmung der Hintergrundladungsträgerdichte in GaN und AlGaN 87
4.4.2.2 Einfluss der Wachstumsbedingungen auf die Hintergrundverunreinigung 95
4.4.2.3 Elektrische Eigenschaften von 2DEG-Strukturen mit reduzierter Hintergrundsauerstoffkonzentration 100
4.4.3 Tieftemperatur-Magnetotransport-Eigenschaften 104
5 Zusammenfassung und Ausblick 109
Anhang 112
Anhang I 113
Anhang II 114
Anhang III 115
Zweites Maskendesign für UV-Lithographie-basierten Prozessfluss 117
Literaturverzeichnis 119
Abbildungsverzeichnis 125
Tabellenverzeichnis 131
Publikationen 132
Danksagung 134
Erscheint lt. Verlag | 4.8.2016 |
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Sprache | deutsch |
Themenwelt | Technik ► Elektrotechnik / Energietechnik |
ISBN-10 | 3-7412-4506-2 / 3741245062 |
ISBN-13 | 978-3-7412-4506-0 / 9783741245060 |
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Größe: 14,6 MB
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