Selbstorganisationsmechanismen niedrigdimensionaler Halbleiterstrukturen

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Arbeit bildet die Charakterisierung meso- und nanoskopischer kristalliner Halbleiterstrukturen mit modernen Methoden der Röntgenbeugung direktabbildender Rastersondenverfahren sowie numerischer Simulationen. Dabei geht es zum einen um die Methodik zur Bestimmung struktureller Eigenschaften wie Form, Größe, chemischer Zusammensetzung und mechanischer Deformation. In Ensemblen nahezu identischer Objekte spielt zusätzlich die Positionskorrelation eine Rolle für das Streuszenario. Andererseits nehmen die zugrundeliegenden Mechanismen der Selbstorganisation eine herausragende Stellung ein. Dies beinhaltet sowohl die Entstehung einzelner Objekte (self-formation) als auch deren laterale und/oder vertikale Anordnung (self-assembling). In hochaufgelösten Beugungsexperimenten läßt sich sehr genau die Variation des lokalen Gitterparameters bestimmen. Eine zentrale Ursache für mechanische Deformationen bildet die chemische Zusammensetzung. Fern von Absorptionskanten verschwindet deren direkter Einfluss auf die diffuse Streuung nahezu vollständig, während die mechanische Deformation als Kontrastmechanismus dominiert. Man kann jedoch von der diffusen Streuung ausgehend (allerdings über den Umweg der Deformation) auf die Komposition schließen - ein essentieller Punkt, um Wachstums- und Selbstorganisationsphänomene zu verstehen. Dabei geht es nicht allein um die Bestimmung gemittelter Parameter sondern vielmehr um möglichst dreidimensional und im Nanometerbereich aufgelöste chemische Profile.

This work focuses on the characterization of meso- and nanoscopic crystalline semiconductor structures by means of x-ray methods, direct scanning probe techniques and numerical simulations. Thereby structural parameters like shape, size, chemical composition and mechanical deformation have been probed. Within ensembles of nearly identical objects positional correlation plays also an important role for the scattering process. On the other hand the basic principles of self-organization are of interest. This comprises the evolution of individual objects (self-formation) as well as lateral and/or vertical correlation (self-assembling),Using high resolution x-ray diffraction one can accurately determine the local lattice parameter, which is driven by the particular chemical composition within the nanostructure. Far away from absorption edges we could show a vanishing direct influence of the chemical composition onto the x-ray scattering, which is then mainly influenced by strain. Indirectly one can, however, conclude to the chemical composition via the probed strain. This serves as essential key towards a better understanding of growth and self-organization of nanostructures.