im Forschungsverbund Berlin e.V.

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Zugl.: Dissertation Universität Potsdam, 1998.

Einleitung:
In_xGa_1-xAs-Quantengräben finden bei der Herstellung von Halbleiterlasern für den nahen Infrarotbereich (λ = 1µm) wegen der Möglichkeit, die gewünschte Emissionswellenlänge gezielt einstellen zu können, weitverbreitete Anwendung. Insbesondere werden solche Laser als Pumpquellen für optische Faserverstärker genutzt, wobei optische Ausgangsleistungen des Pumplasers im Bereich > 200 mW im Monomode-Betrieb gefordert werden. Anwendung finden In_xGa_1-xAs-Laser mit einer Wellenlänge von 1060 nm auch zur Abstands- und Längenmessung (Laserradar). Für diese Anwendungen werden Laser-Lebensdauern von mehr als 10⁴ Stunden erwartet. Um eine solche Langzeitstabilität des Bauelements zu gewährleisten, ist eine besonders hohe kristalline Perfektion des Halbleitermaterials erforderlich. Das bedeutet, dass keine Kristallbaufehler wie Versetzungen oder Punktdefektansammlungen, die zum Ausgangspunkt für Degradationsprozesse werden können, im Bauelement vorhanden sein dürfen.
Die gewünschten optischen Eigenschaften lassen sich durch Variation der Schichtdicke und der Zusammensetzung des Quantengrabens einstellen. Da jedoch In_xGa_1-xAs je nach eingebauter Indium-Konzentration eine größere Gitterkonstante als das als Substrat verwendete GaAs aufweist, kommt es beim Aufwachsen zu mechanischen Verspannungen in der Schicht. Erreicht die dabei akkumulierte elastische Energie den zur Versetzungsbildung erforderlichen Wert, kommt es zur plastischen Verformung, das heißt zur Relaxation der Schicht. Will man Emissionswellenlängen > 1 µm erreichen, ist es erforderlich, einen hohen Indium-Anteil (x > 0.3) in die Schicht einzubauen, was zu einer hohen Verspannung führt. Deshalb ist die Untersuchung der Bedingungen des Einsetzens der Relaxation für Laserbauelemente von besonderer Bedeutung.
Ein weiteres Anwendungsgebiet verspannter In_xGa_1-xAs-Quantengräben ist die Herstellung von pseudomorphen High-Electron-Mobility-Transistoren (HEMTs), bei denen die Höhe des Bandkantensprunges durch die Variation der Dicke und der Zusammensetzung der In_xGa_1-xAs-Schicht definiert werden kann. Auch hier werden hohe Anforderungen an die Perfektion der Schicht gestellt, weil das Bauelement beim Betrieb einer hohen Strombelastung ausgesetzt wird.
Zur Herstellung von hochreinen und perfekten In_xGa_1-xAs-Schichten werden Züchtungsverfahren wie die Molekularstrahlepitaxie (MBE) und die Abscheidung aus der Gasphase metallorganischer Verbindungen (MOVPE) genutzt. Letztgenanntes Verfahren bietet sich insbesondere für die industrielle Anwendung an, weil es die kostengünstigste Beschichtung von GaAs-Substraten mit bis zu 4 Zoll Durchmesser ermöglicht. Deshalb kommt der Optimierung des MOVPE-Züchtungsprozesses durch gezielte Beeinflussung der Züchtungsparameter eine besondere Bedeutung zu. Ziel dieser Arbeit ist es, den Einfluss einiger wichtiger Züchtungsparameter, wie der Abscheidungstemperatur und der Zusammensetzung der Gasphase, auf den Relaxationsprozess zu untersuchen und somit den Parameterraum für defektfreies MOVPE-Wachstum von In_xGa_1-xAs-Quantengräben mit möglichst langwelliger Emissionswellenlänge zu definieren.

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