Schley, Pascal
[VerfasserIn]
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Gobsch, Gerhard
[Sonstige Person, Familie und Körperschaft];
Goldhahn, Rüdiger
[Sonstige Person, Familie und Körperschaft];
As, Donat Josef
[Sonstige Person, Familie und Körperschaft]
Optische Eigenschaften von InN und InN-basierten Halbleitern
Anmerkungen:
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Parallel als Druckausg. erschienen
Systemvoraussetzungen: Acrobat reader
Beschreibung:
In dieser Arbeit wurden neue Wege zur experimentellen Bestimmung der optischen Eigenschaften von InN und seinen In-reichen Mischkristallen mit GaN und AlN sowie zur Interpretation der Daten vorgestellt. Spektroskopische Ellipsometrie im Spektralbereich vom mittleren Infrarot (MIR) über nahes Infrarot (NIR) bis hin zu Vakuumultraviolett (VUV) hat sich als ein sehr leistungsfähiges Instrument zur Untersuchung der absorptionsbezogenen Eigenschaften dieser Materialien herausgestellt.Auf der Basis eines Vielschicht-Modells und unter Einbezug von Oberflächenrauhigkeit und Grenzflächenschichten in die Datenanalyse erhält man im ersten Schritt eine verlässliche dielektrische Funktion (DF), welche die grundlegenden optischen Eigenschaften des Materials widerspiegelt. Die Interpretation des spektralen Verlaufes repräsentiert den zweiten Schritt der Studien, von denen man probenabhängige Parameter wie zum Beispiel die Frequenzen der gekoppelten Phononen-Plasmonen-Moden, die Aufspaltung zwischen Valenz- und Leitungsband am Fermi-Wellenvektor oder die Übergangsenergien an Van-Hove-Singularitäten der Bandstruktur bestimmen kann. Durch Korrektur dieser Daten in Hinblick auf durch Ladungsträger induzierte Bandlückenrenormierung und Burstein-Moss-Verschiebung sowie Verzerrung erlangt man abschließend erstmalig die intrinsischen Eigenschaften der Verbindungen. Aufgrund einer Akkumulationsschicht von Elektronen an der Oberfläche ist es erforderlich, die Elektronenkonzentration im Volumen mittels Infrarot-Ellipsometrie zu bestimmen. Die aus den MIR-Daten extrahierte Plasmafrequenz wird für eine sorgfältige Bestimmung dieser Elektronendichte genutzt. Weiterhin ist bei InN der Bereich der Absorptionskante stark geprägt von der Gegenwart hoher Elektronenkonzentrationen und der Nichtparabolizität des Leitungsbandes. Die NIR-Daten müssen deshalb selbstkonsistent analysiert werden (gekoppelt mit den MIR-Resultaten), indem der Imaginärteil der DF über Fermi's Goldene Regel berechnet wird. Die Methode erzielt 0,675 eV für die fundamentale Bandlücke von hexagonalem InN bei Raumtemperatur. Der Wert für kubisches InN liegt 80 meV niedriger und beträgt 0,595 eV. Durch die Analyse der DFs von hexagonalen InGaN- und InAlN-Mischkristallen auf die gleiche Art und Weise erhält man die Bowing-Parameter der fundamentalen Bandlücken E_A. Sie betragen b_A = 1,71 eV (InGaN) und b_A = 4,0 eV (InAlN). Ein weiteres wichtiges Resultat ist die Bestimmung der DF im UV-VUV--Spektralbereich und ihr Vergleich mit theoretischen Berechnungen. Die theoretischen Resultate in Bezug auf den Imaginärteil der DF von InN sind nur dann in sehr guter Übereinstimmung mit den experimentellen Daten, wenn Elektron-Loch-Wechselwirkung (exzitonische Effekte) berücksichtigt werden. Die Coulomb-Korrelation führt zu einer Rotverschiebung der Absorptionspeaks und einer Umverteilung der dazugehörigen Oszillatorstärken in Kontrast zur Einteilchen-DF.