The appearance of vacancies during Cu and Zn diffusion in III-V compound semiconductors

Abstract

GaAs und GaN sind derzeit die wichtigsten III-V-Verbindungshalbleiter. Sie werden aufgrund ihrer elektronischen Eigenschaften und der direkte Bandlücken verwendet, um eine Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen herzustellen. Sie stellen auch die Grundmaterialien von Halbleiterlasern dar. Diese Materialien haben im Vergleich zu den Elementhalbleitern, bspw. Silizium, hervorragende Eigenschaften. Die Halbleiterbauelemente erfahren Wärmebehandlungen während des Herstellungsprozesses, so dass die Diffusion während ihrer Herstellung eine wichtige Rolle spielt. Das Verständnis der Diffusionsprozesse von Verunreinigungen und Dotieratomen ist von großer Bedeutung, um die Kontrolle über die Technologie zu behalten. Die Punktdefekte im Material spielen eine wichtige Rolle bei der Bestimmung und Gestaltung seiner Eigenschaften. Die Arbeit zielt darauf ab, die Defekteigenschaften während der Cu- und Zn- Diffusion in GaAs und GaN mittels Positronenannihilations-Spektroskopie zu untersuchen. Dazu wurde eine Kombination von Positronenlebensdauer- und Dopplerkoinzidenz-Spektroskopie mit einer theoretischen Berechnung der Annihilationsparameter benutzt. Thermodynamische Überlegungen und vor allem die Abhängigkeit der Defektkonzentration vom As-Dampfdruck half bei der Identifizierung von Defekten. As-Leerstellenkomplexe wurden in semi-isolierendem und Zn-dotiertem GaAs gefunden. Während einer Cu-Diffusion in Te-dotiertem GaAs wurden außerdem Ga-Leerstellen, die mit Cu dekoriert waren, identifiziert. Bei Zn-Diffusionsexperimenten in GaAs wurden Zn-dekorierte As-Leerstellen beobachtet. Die Defekte sind bis in dieselbe Tiefe vorhanden, in die auch die Dotieratome diffundiert waren. Das wurde mit korrelierten Experimenten der Positronenstrahltechnik (VEPAS), der Positronenlebensdauer (PALS) und der Sekundärionen-Massenspektroskopie (SIMS) gezeigt. Die Ergebnisse bei der Cu-Ein-Diffusion in GaAs sind gut mit dem Kick-Out-Mechanismus zu erklären. Bei der Aus-Diffusion von Cu treten allerdings Leerstellen auf, die sich mit den üblichen Diffusionsmodellen in Halbleitern nicht erklären lassen. Die Cu Ein-Diffusion in GaN kann ebenfalls mit dem Kick-Out-Mechanismus beschrieben werden.