Identifikation und Charakterisierung von Defektzuständen in GaN durch radioaktive Isotope

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Datum
2000
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Stötzler, Arno
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Identification and characterization of defect levels in GaN by radioactive isotopes
Forschungsvorhaben
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Zeitschriftenheft
Publikationstyp
Dissertation
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Zusammenfassung

In this work the optical and electrical properties of the dopands Se, Ag, Hg, Au, Cd, Pt, Br, As, Ge and the formation of anti-site defects in GaN were investigated by photoluminescence spectroscopy and Hall effect measurements by using radioactive isotopes. The change of spectral or electrical features at a rate consistent with the half-life provides confirmation of the chemical identity of the impurity involved in the corresponding defect. The changes of the PL intensities as a function of time after implantation and annealing could be perfectly described by using exponential fits with the corresponding half-lives of the isotopes and therefore an unequivocal chemical assignment of all observed transitions was done for the first time.
Additionally Hall effect measurements were performed to investigate the influence of these dopands on the carrier concentration, specific resistivity and mobility of the carriers.
A suitable annealing procedure is necessary to achieve an efficient electrical and optical activation of the implanted dopands. The performance of different annealing methods was characterized with PAC measurements. After annealing GaN at 1373 K in an ammonia atmosphere only 60 of the probe atoms are located on unperturbed lattice sites. Annealing temperatures up to 1585 K are possible if one adds Al during the annealing procedure. This procedure led to an improved incorporation of 85 of all probe atoms on unperturbed substitutional lattice sites.
Hall-effect measurements show that annealing at 1523 K activates 22 of the implanted dopands substituting a Ga-site, while only 6 of the implanted dopands substituting a N-site are electrically activated.

Zusammenfassung in einer weiteren Sprache

In dieser Arbeit wurden unter Zuhilfenahme von radioaktiven Isotopen die optischen und elektrischen Eigenschaften der Dotieratome Se, Ag, Hg, Au, Cd, Pt, Br, As, Ge und die Bildung von Antisite-Defekten in GaN durch Photolumineszenz (PL) - und Halleffektmessungen untersucht. Dadurch kann man aus der zeitlichen Änderung der spektralen und elektrischen Eigenschaften auf den chemischen Ursprung des zugehörigen Defektes schließen, wenn die Zeitkonstanten mit der Halbwertszeit des jeweiligen Isotops übereinstimmen. Die zeitlichen Änderungen der PL-Intensitäten nach der Ionenimplantation und dem Tempern konnten perfekt durch das Anpassen von Exponentialfunktionen mit der jeweiligen Halbwertszeit beschrieben werden, wodurch erstmals eine chemisch eindeutige Zuordnung der beobachteten PL-Übergänge möglich war. Um den Einfluss dieser Dotieratome auf die Ladungsträgerkonzentration, den spezifischen Widerstand und die Ladungsträgermobilität zu untersuchen, wurden zusätzlich Halleffektmessungen durchgeführt. Für eine effiziente elektrische und optische Aktivierung der implantierten Dotieratome ist ein geeignetes Anlassverfahren erforderlich. Die Leistungsfähigkeit verschiedener Tempermethoden wurde durch PAC-Messungen untersucht. Dabei zeigt sich, dass durch das Tempern von GaN bei 1373 K unter Ammoniakatmosphäre nur 60 aller Sondenatome auf ungestörten Gitterplätzen eingebaut werden. Eine Erhöhung der Anlasstemperatur auf 1585 K wird durch den Zusatz von elementarem Al während des Temperprozesses möglich. Dabei werden bis zu 85 aller Sondenatome auf ungestörten Gitterplätzen eingebaut.
Die Halleffekt-Messungen zeigen, dass nach dem Tempern bei 1523 K ca. 22 der implantierten Dotieratome bei Einbau auf einem Ga-Platz aktiviert werden. Bei Einbau auf einem N-Platz können hingegen nur 6 der implantierten Atome elektrisch aktiviert werden.

Fachgebiet (DDC)
530 Physik
Schlagwörter
Halleffekt, GaN, Ionenimplantation, Dotierung durch Elementumwandlung, Hall effect, GaN, ion implantation, transmutation doping
Konferenz
Rezension
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Zitieren
ISO 690STÖTZLER, Arno, 2000. Identifikation und Charakterisierung von Defektzuständen in GaN durch radioaktive Isotope [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz
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July 31, 2000
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