Rastersondenmikroskopische Untersuchungen an Halbleiterdünnschichten aus VO2, ITO und GaN

Abstract

Am I. Physikalischen Institut der Justus-Liebig-Universität Gießen, werden die Vorgänge in Halbleiterdünnschichten in der Verwendung als optoelektronischeund photonische Bauelemente oder als Glasbeschichtung erforscht. Zur Oberflächencharakterisierung wurden ein UHV-Rastertunnelmikroskop (RTM), dasspeziell für die vorliegenden Untersuchungen konstruiert wurde, als auch ein Rasterkraftmikroskop (RKM) eingesetzt. An GaN-Schichten wurden der Einfluß des Substrats und der Herstellungstechnik auf die Topographie untersucht. Neben den GaN-Quasisubstraten und denELOG-Schichten besaßen die mit LPCVD auf N-'Face'-GaN abgeschiedenen Schichten die kleinsten Rauhigkeiten. Hier ließen sich in Facetten angeordneteTerrassenstrukturen feststellen, die einfache oder doppelte GaN-Einheitszellenhöhe aufwiesen (c = 0.518 nm). Weiterhin konnte eine besondere Defektart, dieSchraubenversetzung (Nanopipe), abgebildet und analysiert werden. Die Bedingungen für das Auftreten dieser Art Versetzung sind noch unklar. Mit denvorliegenden Messungen konnten jedoch eindeutige Hinweise geliefert werden, daß die Schraubenversetzungen in der Wachstumsphase an bestimmtenOberflächendefekten (Pinholes) entstehen, welche selbst durch Anlagerung von Sauerstoff erzeugt werden können. Eine polykristalline VO2-Schicht ändert durch einen temperaturabhängigen Phasenübergang ihr Reflektionsvermögen. Bereits in Untersuchungen mit dem RKMkonnte eine Verbesserung der Schalteffizienz mit der Zunahme der Korngröße festgestellt werden. Durch die Einführung einer TiO2-Schicht zwischen Substratund VO2 ließ sich die Kristallinität weiter erhöhen. Mit dem RTM wurden Texturierungen der Oberfläche beobachtet, die erstmals hochaufgelöst abgebildetwerden. Hierbei wurde eine unbekannte Substruktur festgestellt und vermessen. ITO-Schichten sind transparent, leitfähig und besitzen eine sehr geringe Rauhigkeit (RMS) < 1 nm. Bis jetzt sind die Oberflächenstrukturen dieser Schichten mitdem RTM kaum untersucht worden. In den RTM-Abbildungen konnten sehr große Domänenstrukturen mit mehreren µm Ausdehnung beobachtet werden.Innerhalb der Domänen treten vereinzelt einige 10 - 20 nm breite und 30 - 80 nm lange Kristallite um etwa 1-2 nm aus der Oberfläche hervor. Die erstmalshochaufgelösten Messungen deuten darauf hin, daß es sich bei diesen Strukturen um Bereiche erhöhter Kristallinität handelt.