Wachstumskinetik der Gruppe-III-Nitride bei großen Gitterfehlanpassungen

Aufgrund seiner (opto-)elektronischen Eigenschaften und besonders durch die stets direkte aber mit der Komposition der ternären Verbindungen einstellbare Bandlücke, erfährt das System der Gruppe-III-Nitride extrem großes Interesse. Die speziellen Eigenschaften von Indium sowie die großen Unterschiede der Gitterkonstanten der binären Verbindungen verursachen nach wie vor große Probleme hinsichtlich der strukturellen Eigenschaften, wenn in hohem Maße Indium Teil der Verbindung ist. In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode für das Wachstum von InN mittels plasmagestützter Molekularstrahlepitaxie auf (0001)-GaN Templates vorgestellt, mit der außerordentlich glatte und mehrere Quadratmikrometer große InN-Inseln realisiert werden können. Diese als Doppelpuls-Verfahren betitelte Methode beruht auf dem Alternieren der Quellflüsse in kurzen Pulsen. Es werden einige Probenserien und deren Charakterisierung vorgestellt, mit deren Hilfe aufgezeigt wird, welchen Einfluss die Gesamtperiodenzahl, die Substrattemperatur, das V/III-Verhältnis sowie das Substratmaterial auf die Evolution und Gestalt der InN-Inseln haben. Die Proben wurden hauptsächlich mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM), Reflexionselektronenbeugung (RHEED) und hochauflösende Röntgendiffraktometrie (HRXRD) charakterisiert. Basierend auf diesen Ergebnissen wird ein Wachstumsmodell beschrieben. Dieses Modell beschreibt das Zusammenspiel von In-Effusion aus der Knudsenzelle, Diffusion der Atome auf der Oberfläche, Dekomposition von InN sowie die Desorption von In und Stickstoff. Unterstützt wird das Modell durch eine Monte-Carlo-Simulation bei der besagte Prozesse simuliert werden. Die Ergebnisse dieser Simulation zeigen eine zufriedenstellende Übereinstimmung mit den experimentellen Befunden. Die Beigabe eines geringen Ga-Flusses bewirkt mit dem an der Oberfläche befindlichen Indium einen Surfaktant-Effekt mit dessen Hilfe nahezu geschlossene und außerordentlich Glatte InN-Schichten realisiert werden können. Ein Teil der Arbeit befasst sich darüber hinaus mit dem Wachstum von GaInN. Mit Hilfe des konventionellen Wachstums können In-Gehalte von bis zu 30% realisiert werden. Weit höhere I ndiumgehalte sind mit Hilfe des Doppelpuls-Verfahrens möglich. Demonstriert werden Proben die einen Indiumgehalt von bis zu 85% aufweisen.