Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG)

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E-Verhandlungen 1999
Programm und Abstracts der Sitzung HL 12

TEM-Untersuchungen zur Morphologie und zur Nukleation von Makroporen auf (100) p-Si

•M. Christophersen, C. Jäger, J. Carstensen und W. Jäger
Technische Fakultät, Kaiserstr.2, 24143 Kiel

Die anodische Auflösung von n-Si in wässrigen, flußsäuerehaltigen Elektroloyten ist seit

langer Zeit bekannt, wobei es möglich ist durch die Auswahl der Elektrolytparameter und

Rückseitenbeleuchtung sogenannte Makroporen mit Strukturgrößen im Mikrometerbereich zu

erzeugen.

Der Bildungmechanismus der Makroporen auf n-Silizium unter Rückseitenbeleuchtung schien bis auf

Randthemen geklärt zu sein. Die kürzliche Entdeckung der Makroporen auf p-Si erschütterte

fundamental das vorhandene Modell des Makroporenwachstums. Mittels

Transmissionselektronenmikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie wurden erstmals Untersuchungen

zur Makroporennukleation und der Mikrostruktur der Makroporen auf p-Si durchgeführt, welche

mittels flußsäurehaltigem Acetonitril hergestellt worden sind. Die Ergebnisse werden

diskutiert in Hinblick auf ein neues Modell zur anodischen Ätzung von Makroporen in

flußsäurehaltigen Elektrolyten in Silizium.

Dotierung von MWPCVD-Diamantschichten mit Lithium-t-butoxid als Dotierquelle

•H. Sternschulte, M. Schreck und B. Stritzker
Institut für Physik, Universität Augsburg, D-86135 Augsburg

Als potentieller Donator in Diamant wird interstitiell eingebautes Lithium vermutet. Theoretische Berechnungen sagen ein Donatorniveau mit 100 meV voraus. In der Literatur finden sich bisher nur vereinzelte Experimente zur Lithium-Dotierung von Diamant über Ionenimplantation, Diffusion oder durch Einbringen während der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) mit teils widersprüchlichen Ergebnissen.
In diesem Beitrag wird über Experimente zur in-situ Li-Dotierung mittels Lithium-t-butoxid aus einer Feststoffquelle während der Mikrowellenplasma-CVD von Diamant berichtet. Das Plasma während des Wachstums wurde mit Hilfe von optischer Emissionsspektroskopie (OES) charakterisiert. Ramanspektroskopie, REM und Röntgenbeugung (XRD) wurden zur Bestimmung der strukturellen Schichteigenschaften verwendet. Die Analyse des Lithiumeinbaus erfolgte durch Elastic-Recoil-Detection (ERD). Darüber hinaus werden die Lumineszenzeigenschaften diskutiert und mit weiteren, an anderen Instituten hergestellten Li-dotierten Diamantschichten verglichen. eigentliche Text, genau einmal

Elektronen-Energieverlustspektroskopie in Transmission an undotierten und dotierten Diamantschichten

•S. Waidmann¹, K. Bartsch¹, F. Fontaine², B. Arnold¹, M. Knupfer¹, A. Leonhardt¹ und J. Fink^1
1Institut für Festkörper- und Werkstofforschung Dresden, Postfach 270016, D-01171 Dresden, Germany
²Forschungszentrum Rossendorf, Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung, Postfach 510119, D-01314 Dresden, Germany

Mittels Mikrowellen-Plasma-CVD wurden unterschiedlich texturierte Diamantfilme auf (100)-Silizium abgeschieden. In-situ wurde Bor zur p-Dotierung und Phosphor zur n-Dotierung eingesetzt. Damit verglichen werden Diamantschichten, die durch Ionenimplantation mit Bor dotiert wurden. Die Charakterisierung der Schichten in bezug auf die Morphologie und die Textur wurde mittels REM und XRD vorgenommen. Zur Bestimmung der elektronischen Eigenschaften wurde Elektronenen-Energieverlustspektroskopie (EELS) in Transmission verwendet. EELS ist eine besonders sensitive Methode, was die Bestimmung des sp²-Anteils, also des Anteils an nicht-diamantartigem Kohlenstoff, betrifft.

Diamanttechnologie:Ätzraten bei implantierten und getemperten Diamanten

•Gabriele Kosaca, Andrej Denisenko, Frank Blum, Reinhart Job und Wolfgang R. Fahrner
FernUniversität Hagen, Lehrgebiet Bauelemente der Elektrotechnik, Haldener Str. 182, 58084 Hagen

Um Diamant als Halbleiterbauelement verwenden zu können, muß eine Dotierung mit Hilfe der Ionenimplantation erfolgen. Nach Temperung (im Vakuumofen) entsteht als unerwünschter Nebeneffekt Graphit auf der gesamten Diamantoberfläche. Dieses führt zu einer unerwünschten, parasitären Leitfähigkeit über die Oberfläche des Diamanten. Sofern die Schwellendosis (bei Bor ca.10¹⁵ cm^-2) bei der Ionenimplantation überschritten wird, wandelt sich zudem die Oberfläche des implantierten Diamantbereiches in DLC um. Dies kann aber von Vorteil sein, da dadurch eine bessere elektrische Kontak- tierung der dotierten Schicht ermöglicht wird. Beides, Oberflächengraphit und DLC, kann mit der Ätzlösung H₂SO₄ + K₂Cr₂O₇ + DI-Wasser (Chromätze) entfernt werden. Die Ätzraten bei Oberflächengraphit und DLC wurden nach der Implantation und anschließender Temperung von verschiedenen Diamantsubstraten untersucht. Die verschiedenen Schichten werden dabei zunächst mit RAMAN-Messungen charakterisiert. Die Analyse der Proben nach einer Ätzung erfolgt sowohl elektrisch (Widerstandsmessungen nach der Vierspitzenmethode) als auch mechanisch in Hinblick auf die Ätztiefe (Profilometer, AFM). Die DLC-Ätzrate ist für verschiedene Behandlungstemperaturen ermittelt worden. Typische Werte sind 2.1 nm/min (120circC) und 0.3 nm/min (90circC).

AFM-Untersuchungen an epitaktischen Bi₂Se₃- und Bi₂Te₃-Schichten auf BaF₂(111)

•Harald Beyer¹, Stefan Müller², Joachim Nurnus¹, Armin Lambrecht¹ und Harald Böttner^1
1Fraunhofer-Institut
Physikalische Meßtechnik (IPM)
Heidenhofstr. 8
D-79110 Freiburg i.Br.
²Fraunhofer-Institut
Angewandte Festkörperphysik (IAF)
Tullastr. 72
D-79108 Freiburg i.Br.

Bi₂Se₃- und Bi₂Te₃-Verbindungen sowie Bleichalkogenide wie z.B. PbSe und PbTe stellen aufgrund ihrer vergleichsweise hohen thermoelektrischen Güteziffer Z*T, die direkt in den Wirkungsgrad thermoelektrischer Anwendungen eingeht, geeignete Materialien für die Herstellung von thermoelektrischen Bauelementen dar. Modellrechnungen besagen, daß diese Güteziffer in zweidimensionalen MQW-Strukturen gegenüber bulk-Materialien deutlich erhöht sein soll. Während bei PbTe bereits MQW-Strukturen realisiert wurden, ist bei Bi₂Se₃- und Bi₂Te₃-Verbindungen zu klären, ob die epitaktische Qualität von Schichten aus diesen Materialien für derartige Strukturen hinreichend ist. Aus diesem Grund wurden durch Molekularstrahlepitaxie (MBE) mit Elementquellen Bi₂Se₃- und Bi₂Te₃-Schichten auf BaF₂(111) mit einer Dicke von ca. 0,5 mm bei Substrat-Temperaturen im Bereich von 300^° C hergestellt. Vergleichende AFM-Messungen an diesen Schichten sowie an PbSe- und PbTe-Schichten, zeigen, daß Bi₂Te₃ bezüglich Oberflächentopographie und -rauhigkeit ein geeignetes Material für MQW-Strukturen darstellt.

Untersuchungen an mittels Hot-Wire CVD Verfahren hergestellten Sola= r-Siliciumschichten

•M. Ramadori¹, V. Schlosser¹, A. Breymesser¹, M. Stöger², P. Schattschneider², D. Peiro³, C. Voz³, J. Bertomeu³, J. Andreu³ und B. Jouffrey^4
2Institut für Angewandte und Technische Physik, Technische = Universität Wien, 1040 Wien, Wiedner Hauptstraße 8-10, Österreich
³Department de Fisica Aplicada i Electronica, Universitat de = Bercelona, 08028 Barcelona, Av. Diagonal 647, Spain
⁴Ecole Centrale de Paris, Labo MSSMat
¹Institut für Materialphysik der Universität Wien, 1090 Wi= en, Strudlhofgasse 4, Österreich

Es werden die elektrischen Eigenschaften von polykristallinem Solar-Siliciu= m Dünnschichten untersucht, die mit Hot-Wire Chemical Vapour Deposition (H= WCVD) auf Glassubstraten bei 429 K bis 580 K abgeschieden wurden. In Hinbli= ck auf die mögliche Verwendun

g der Dünnschichten als Basismaterial f=FCr Solarzellen wurden die folgend= en Experimente durchgeführt: Hallmessungen zur Bestimmung der Ladungsträg= erkonzentration und -beweglichkeit, Messung der Temperaturabhängigkeit des= Widerstandes an Luft, in Sticks

toffatmosphäre und im Vakuum. Im Vakuum werden gleichzeitig mit einen Mass= enspektrometer die Partialdrücke von Wasserstoff und Sauerstoff bestimmt. = Die gemessenen Partialdrücke während des Aufheizens lassen Rückschlüsse= auf das Abdampfen bzw. Ausdif

fundieren der beiden Elemente zu. Aus den Meßdaten wird versucht den Einfl= uß auf das elektrischen Verhalten der Dünnschichten zu finden. Parallel und ergänzend zu diesen Analysen werden die Proben mit TEM (Trans= missionselektronenmikroskopie) und EELS (Elektronenenergieverlustspektromet= rie) untersucht. =20

Druckabhängigkeit des off-resonance Raman-Spektrums erster
Ordnung von Halbleitern

•B. Steininger, G. Deinzer, M. Schmitt, P. Pavone und D. Strauch
Theoretische Physik, Universität Regensburg, D-93040 Regensburg

Das Verhalten von Halbleitern unter Druck hat in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen, vor allem aufgrund der Fülle der Information, die man durch druckabhängige Meßungen erhalten kann. Raman-Meßungen sind in diesem Zusammenhang besonders bedeutsam, da sie verhältnismäßig unaufwendig sind und zudem Frequenz- und Intensitätsverschiebungen des zugehörigen Spektrums Schlüsse über die elektronische Struktur des zugrundeliegenden Materials zulassen. Im off-resonance Bereich wird der Einfluß des Drucks auf das Spektrum durch die Druckabhängigkeit der Phononen-Energien und der dielektrischen Suszeptibilität bzw. der Raman-Tensoren beschrieben. Ziel unserer Arbeiten ist ein theoretischer Zugang zu Raman-Spektren erster Ordnung unter Druck von verschiedenen III-V und Gruppe IV-Halbleitern. Unsere Berechnungen basieren dabei auf Dichte-Funktional-Störungstheorie. Die Druckabhängigkeit der dabei benötigten Größen beschreiben wir mittels der Murnaghan-Zustandsgleichung durch ihre Volumenabhängigkeit. Wir erhalten Druckabhängigkeiten der G-Punkt-Frequenzen, der Dielektrizitätskonstanten, der effektiven Ladungen sowie der Raman-Tensoren. Letztere berechnen wir mit frozen-phonon-Rechnungen bzw. mittels des 2n+1-Theorems. Unsere Ergebnisse zeigen gute Übereinstimmung mit dem Experiment.

A Light Scattering Study of Crystallisation of Amorphous Si Induced by Au during Annealing

•Qing Huang, Stephan Pietzonka und Rainer G. Ulbrich
IV. Physikalisches Institut, Universität Göttingen, Bunsenstraße 13-15, 37073 Göttingen

Au-induced crystallisation of amorphous Si during annealing at different temperatures (450-620K) was observed in-situ by Raman scattering (RS). The crystalline Si LO phonon line at 520cm^-1 appeared during annealing, resulting from nucleating c-Si crystallites. The crystallisation is proved to be isokinetic and can be described in the JMA (John-Mehl-Avrami) model. In spectral analysis, we obtain information on the Si crystallite correlation size, shape and orientation. By comparing experimental data with our simulation of line profiles, we show that the crystallite correlation sizes are 5-10 nm and that the best fit is achieved with the assumption of cylindrical shapes, especially in the thin Au film case. The experimental LO frequencies are a little higher than that of the simulation, which is explained as an effect of stress exerted on the crystallites after annealing. Additionally, we did angle-dependent Raman scattering measurement to investigate the orientations of the crystallites, and we confirm that the c-Si crystallites are randomly oriented.

Struktur und Dynamik der mit Antimon bedeckten (110)-Oberfläche von III-V-Halbleitern - eine ab initio Studie

•M. Arnold, J. Fritsch, P. Pavone und U. Schröder
Institut für Theoretische Physik, Universität Regensburg, Universitätsstraße 31, D-93040 Regensburg

Die strukturellen und dynamischen Eigenschaften der mit Antimon bedeckten (110)-Oberfläche von III-V-Halbleitern wurden im Rahmen eines auf der Dichtefunktionaltheorie beruhenden Formalismus untersucht. Im einzelnen werden die Ergebnisse für die Systeme GaAs(110):Sb, GaP(110):Sb, InP(110):Sb und InAs(110):Sb vorgestellt. Die vollständig relaxierte Oberflächenstruktur und die volle Dispersion der Oberflächenphononen entlang der Hochsymmetrierichtungen [`(G)][`X] und [`(G)][`(X¢)] wurden ermittelt. Die auftretenden Oberflächenmoden stimmen sehr gut mit den Meßdaten aus Raman- bzw. Helium-Streuung [1,2] überein.

[1] N. Esser und W. Richter, phys. stat. sol. (b) 152 (1995) 191

[2] H. Tröger, W. Theis und K. H. Rieder, Verhandl. DPG (VI) 33, 868 (1998)

Ab-initio-Berechnung der strukturellen und dynamischen Eigenschaften von Schichtkristallen

•C. Adler, P. Pavone und U. Schröder
Institut für Theoretische Physik, Universität Regensburg, D-93040 Regensburg

Mit Methoden der Dichtefunktionaltheorie wurden Struktur und Phononen-Dispersion für verschiedene Schichthalbleiter bzw. deren Oberflächen untersucht. Im einzelnen stellen wir aktuelle Ergebnisse für verschiedene Polytypen der III-VI-Halbleiter GaS, GaSe und InSe vor. Weiterhin wurde die Si(111) Oberfläche, terminiert mit einer halben Schicht GaSe bzw. InSe, untersucht. Man gewinnt damit einen Einblick in die Grenzflächeneigenschaften von Systemen, die mit der Methode der Van-der-Waals-Epitaxie hergestellt wurden. Die Ergebnisse werden überdies im Vergleich mit experimentellen Daten diskutiert.

Rauhigkeitsanalyse vom nm bis in den mm-Bereich

•M. Langer, G. Schnasse und M. Henzler
Institut für Festkörperphysik, Universität Hannover, Appelstraße 2, 30167 Hannover

Mit Hilfe von Streulichtmessungen wird die statistische Information der rms-Rauhigkeit auf einer lateralen Skala von wenigen mm analysiert. Durch die Detektionsmöglichkeit der Verkippung des spekular reflektierten Strahls bei senkrechtem Einfall auf die Probe (Neigungsmikroskopie) konnte nun der aufgenommene Korrelationslängenbereich zu langen Korrelationslängen bis in den mm-Bereich erweitert werden. Ein AFM/STM deckt hingegen den Bereich zu wesentlich kleineren Raumwellenlängen unter 10 mm ab. Während bei der Streulichtmethode lediglich statistische Informationen zugänglich sind, erhält man mit der Neigungsmikroskopie nach Integration die Topographie der Oberfläche im mm-Bereich, die mit Hilfe der realraumabbildenden Methoden wie AFM und STM zwar direkt, aber nur bis zu einem Bereich bis etwa 10 mm gewonnen werden kann.

Die untersuchten Proben zeigen für ortsaufgelöste Streulichtmethoden eine einzigartige Struktur, bei der die rms-Rauhigkeit im Abstand des Fokusdurchmessers variiert. Diese Variation im Streulicht- und Neigungsmikroskopsignal wurde bei verschieden hergestellten Silizium-Scheiben genauer untersucht und mit den Daten aus AFM und STM verglichen, so daß das Powerspektrum der Höheninformation vom nm- bis in den mm-Bereich angegeben werden kann.

Der Einfluß von Arsen auf die Grenzfläche Sn/InP(001)

•R.K. Gebhardt¹, S. Sloboshanin² und T. Chassé^1
1Wilhelm-Ostwald-Institut für Physikal. und Theor. Chemie, Universität Leipzig
²Institut für Physik, TU Ilmenau

Im Vergleich der Auswirkungen verschiedener Oberflächenmodifizierungen auf die Ag/InP(001)- und Sn/InP(001)-Grenzflächen untersuchten wir den Effekt einer Arsen-Zwischenlage auf die Grenzflächenreaktion, den Wachstumsmechanismus und die elektronische Barriere im System Sn/InP(001). Die reine, (2×4)-rekonstruierte InP(001)-Oberfläche wurde durch mehrere Sputter-/Ausheil-Zyklen präpariert. As wurde als As₄ bei Raumtemperatur aufgedampft. Mittels Rumpfniveau-Photoemission (BESSY, TGM 3) ist an der Sn/InP(001)-(2×4)-Grenzfläche eine Reaktion und die Formierung einer In/Sn-Legierung zu beobachten, welche dreidimensionales Wachstum der Zinnschichten zur Folge hat. Die Arsenbelegung läßt die (2×4)-Rekonstruktion zur (1×1) umschlagen und passiviert die Oberfläche gegen eine Reaktion mit dem Zinn. Zudem zeigen die Schwächungskurven der In 4d-Linie, daß das Zinn bis zu einer nominellen Dicke von 1nm lagenweise aufwächst. Danach werden auch an dieser modifizierten Grenzfläche Inseln beobachtet. Die Resultate werden mit den Ergebnissen des Systems Ag/As/InP(001) verglichen.
Wir danken H.-J. Freund und K. Horn (FHI Berlin) für die technische sowie dem BMBF für die finanzielle Förderung.

Infrared characterisation of Si surfaces and bonded Si wafers

•A. Milekhin¹, M. Friedrich¹, K. Hiller², M. Wiemer², T. Geßner² und D.R.T. Zahn^1
1Institut für Physik, Technische Universität, D-09107 Chemnitz
²TU Chemnitz, Zentrum für Mikrotechnologien, D-09107 Chemnitz

We present the systematic infrared (IR) spectroscopical investigation of hydrophobic and hydrophilic Si surfaces and buried interfaces in bonded Si wafers. The as-prepared hydrophobic Si (100) surface is terminated by hydrogen, while hydrophilic one exhibits O-Si-H complexes. Aging leads to partial oxidation of hydrophobic Si surface, while hydrophilic ones are more stable in air. The influence of different chemical treatments and an annealing process on the chemical nature of the surface was also investigated. The results of the spectroscopical study of Si surfaces allow the contributions of the outer surfaces and buried interfaces to be distinguished. The IR spectra of Si wafers bonded at elevated and room temperatures reveal the distinct of the buried interfaces. The rearrangement of atoms at the buried interface via annealing at different temperatures observed in in the IR spectra is discussed.

Total Current Spectroscopy study of PTCDA films

•A. Morozov¹, T.U. Kampen² und D.R.T. Zahn^2
1Research Institute for Physics, St. Petersburg University, Russia
²Institut für Physik, Technische Universität, D-09107 Chemnitz

Total Current Spectroscopy was used for the investigation of 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride (PTCDA) films grown on hydrogen passivated Si(111). The primary electron energy was varied in a range from 0 to 20 eV. During measurements a typical current density of 5·10^-9 A/cm² was used. The total current spectrum of a PTCDA film is characterized by intensive fine structure in the energy range 0 - 15 eV above the vacuum level. These structures can be associated with empty electronic states located above the vacuum level. Spectra at different film thicknesses are compared in order to evaluate the interaction between the PTCDA molecules and the substrate. Following the primary peak position during film deposition, one can trace the work function variation as a function of layer thickness.

Rücksprungexperimente und Oszillationen am Si-Flußsäure-Kontakt

•G. Hasse, J. Carstensen, G. Popkirov und H. Föll
Technische Fakultät, CAU Kiel, Kaiserstr.2, 24143 Kiel

Bei der anodischen Auflösung von Silizium in HF-haltigen Elektrolyten ist die Oxidation des

Siliziums einer von zwei wesentlichen Prozessen.

Durch die Messung transienter Ströme aus Suboxidladungen ist die Dynamik der Oxidbildung

und -auflösung mittels Rücksprungexperimente quantitativ erfaßt worden. Mit speziell

angepaßten Geräten sind dabei erstmals Messungen im Spannungsbereich der Bildung von

nanoporösem Silizium (PSL) und galvanostatischer Oszillationen vorgenommen worden.

Auch im PSL-Bereich mißt man entgegen allgemein akzeptierter Theorien ein Oxid, wobei zwei

gegenläufige Prozesse den Zusammenhang zwischen Strom und Oxidladung bestimmen.

Bei galvanostatischen Oszillationen schwankt die durch transiente Strompeaks gemessene integrale

Ladung mit dem U(t)-Verlauf stark. Außerdem zeigt sich eine systematische

Formänderung der Peaks mit der Spannung. Ein darauf aufbauendes Modell der galvanostatischen

Oszillationen wird vorgestellt.

Ramanstreuung an Sb-Monolagen auf Si(001) und GaAs(110)

•K. Hinrichs, J.R. Power, N. Esser und W. Richter
Institut für Festkörperphysik, Technische Universität Berlin, Hardenbergstr. 36, D-10623 Berlin

An Si(001) und GaAs(110) Oberflächen, die mit einer Monolage Sb (ML) terminiert sind, werden mit Hilfe von Ramanmessungen die Frequenzen und Symmetrien von Sb- Grenzflächenschwingungen bestimmt. Die Ramanergebnisse werden mit Ergebnissen eines auf der Dichtefunktionaltheorie (DFPT) beruhenden Formalismus verglichen.
Um die Sb-1ML-Bedeckung sicherzustellen werden 4ML Sb bei Raumtemperatur auf die reine Probenoberfläche aufgedampft. Durch nachfolgendes Erwärmen auf 400^° wird überschüssiges Sb desorbiert und die Sb-1ML gebildet.
Zudem ist es mit Ramanmessungen an Sb auf Si(001) möglich, strukturelle Information bezüglich verschieden rekonstruierter Oberflächendomänen zu erhalten. Für Sb terminiertes Si(001) wird ein Oberflächenphonon bei 131cm^-1 für die unverkippte und verkippte (4^°) Si(001) Oberfläche beobachtet. Die Analyse der Auswahlregeln dieses Grenzflächenphonons zeigt, daß die Intensitäten in den beiden parallelen ([110]||[110] und [[`1]10]||[[`1]10]) Polarisationskonfigurationen mit dem Flächenverhältnis der (1x2)- und (2x1)-rekonstruierten Domänen verknüpft sind.

Elektrochemische und chemische Passivierung von Kratzern auf Si-Solarzellen

•M. Hejjo AlRifai
Technische Fakultät der CAU Kiel, Kaiserstr. 2, 24143 Kiel

Es werden zwei Verfahren vorgestellt, um Trennfugen auf Si-Solarzellen

zu passivieren. Beim ersten Verfahren erfolgt die Passivierung

elektrochemisch durch anodische Oxidation, während beim zweiten

Verfahren die Passivierung rein chemisch mit einer KOH-Ätzung

erfolgt. An Hand von IV-Kennlinien werden die Stärken und Schwächen

beider Passivierungemethoden diskutiert.

Das Durchtrennen des pn-Kontaktes einer Solarzelle und

anschließendes Passivieren der Randbereiche erlaubt

die elektrische Aufteilung der Solarzelle in mehrere einzelne.

Auf die Weise wird die detaillierte Analyse von lokalen spannungs-

und strominduzierten Defekten möglich.

Naß chemische Konditionierung der Silizium-Oberfläche: Präparation und spektral-ellipsometrische Charakterisierung

•W. Henrion, M. Rebien und H. Angermann
Hahn-Meitner-Institut, Abt. Photovoltaik, Rudower Chaussee 5, 12489 Berlin

Spektral-ellipsometrische Messungen im UV-VIS-Bereich sind zur Charakterisierung der morphologischen Beschaffenheit der Oberfläche nach der naß chemischen Präparation und während der Oxydation an Luft genutzt worden. Es wurden sowohl die Mikrorauhigkeit als auch die Oxid-Bedeckung der Si-Oberfläche im Bereich von Bruchteilen einer Monolage bis zu 30 Å ermittelt. Mit diesen Untersuchungen wurden zwei Verfahren zur Passivierung der Si-Oberfläche hinsichtlich der resultierenden morphologischen und elektronischen Grenzflächeneigenschaften optimiert. Wasserstoff-terminierte Si(111) und Si(100)-Oberflächen mit einer Oberflächenzustandsdichte D _it,min < 2 ·10¹⁰cm^-2 eV^-1 wurden mittels eines speziellen Verfahrens unter technologischen Bedingungen so präpariert, daß die ermittelte effektive Rauhigkeit nur 1 Å von dem derzeit geltenden Standard für ideal glatte Oberflächen abweicht. Naß chemische Oxide mit einer effektiven Oxidschichtdicke von 3 bis 25 Å wurden durch Oxydation von vorher H-terminierten Oberflächen in Reinstwasser bei 80 oC präpariert, deren Grenzflächenzustandsdichte mit D_it,min > 4 ·10¹¹ cm^-2 eV^-1 um ein bis zwei Größ enordnungen niedriger liegt als die an konventionell präparierten thermischen und naß chemischen Oxiden gleicher Dicke.

Atomare Struktur der P-terminierten InP(001) Oberfläche

•P. Vogt¹, A. Frisch¹, T. Hannappel², S. Visbeck², K. Knorr², N. Esser¹ und W. Richter^1
1Institut für Festkörperhysik, Technische Universität Berlin, Hardenbergstr. 36, D-10623 Berlin
²Hahn-Meitner-Institut Berlin, Glienicker Str. 100, D-14109 Berlin

Die atomare Struktur der P-terminierten, sogenannten ''(2×1)-Rekonstruktion''  von InP(001) wurde mit Rastertunnelmikroskopie (STM), niederenergetischer Elektronenbeugung (LEED) und Rumpfniveau-Spektroskopie (PES) untersucht. Die Proben wurden mit MOVPE homoepitaktisch gewachsen, in einer speziell dafür ausgerichteten Apparatur kontaminationsfrei aus dem MOVPE-Reaktor ins Ultra-Hoch-Vakuum (UHV) transferiert und dann mit einer mobilen UHV-Kammer an die PES- oder die STM-Kammer transportiert. Die Proben zeigen im LEED eine klare (2×1)/(2×2) Periodizität mit Streifen in [110]-Richtung. In den STM Bildern sieht man eine Reihenstruktur in [110]-Richtung. Mit atomarer Auflösung zeigen sich Strukturen, die mit einzelnen P-Dimeren, ausgerichtet entlang der [110]-Richtung, auf einer kompletten zweiten P-Lage erklärt werden können. Die P-Dimere sind lokal unterschiedlich angeordnet und bilden statistisch verteilte (2×2)-, c(2×2)- und c(4×2)-Strukturen. Zusätzliche PES Messungen von In4d und P2p Rumpfniveaus an der TGM2 Beamline bei Bessy I wurden zur Überprüfung dieses Modelles durchgeführt.

Phasenrelaxation von lokalisierten Zuständen in CdSe-Quantenpunkten und CdSSe-Mischkristallen

•M. Schmidt¹, H. Spöcker¹, C. Klingshirn¹, M. Portuné² und U. Woggon^2
1Institut für Angewandte Physik, Universität Karlsruhe (TH), D-76128 Karlsruhe
²Institut für Physik, Universität Dortmund, D-44221 Dortmund

Mit Hilfe des nichtentarteten Vierwellenmischens (NDFWM) wurde die Phasenrelaxation von lokalisierten Zuständen in CdSe-Quantenpunkten (R » 2.5 nm) und in einem CdSSe-Mischkristall untersucht. Der Vorteil dieser Meß methode gegenüber Photonechoexperimenten mit fs-Pulsen liegt in der sehr schmalen spektralen Breite ( » 15 meV) der verwendeten ns-Pulse, die eine selektive Anregung einzelner Zustände erlaubt. Die im Mischkristall resonant angeregten lokalisierten Exzitonen, deren temperaturabhängiges Diffusionsverhalten über ein Aktivierungsmodell mit 3 Niveaus beschrieben werden kann, zeigen groß e Phasenrelaxationszeiten im Bereich einiger hundert fs und darüber. Der schmalen exzitonischen Resonanz ist ein Untergrund überlagert, dessen Resonanzen wesentlich kürzere T₁- und T₂-Zeiten besitzen. Dem gegenüber stehen die Quantenpunkte mit sehr kurzen Phasenrelaxationszeiten von etwa 30-95 fs , die sich umgekehrt proportional zur Anregungsintensität verhalten. Die Anregung von nichtresonanten Zuständen kann als Asymmetrie im Signal beobachtet werden. Die Auswertung der Daten mit einem Drei-Niveau-Modell erlaubt eine Abschätzung der Biexzitonenbindungsenergie von etwa 10-14 meV.

Magneto-optische Spektroskopie an quasi-2D- und 0D- (ZnCdMn)Se / ZnSe Nanostrukturen

•Horst Falk¹, Peter J. Klar¹, Wolfram Heimbrodt¹ und Torsten Henning^2
1FB Physik und Wissenschaftliches Zentrum für Materialwissenschaften der Philipps-Universität Marburg
²MINA,TU Chalmers und Universität Göteborg, Schweden

Semimagnetische Halbleiter zeigen in Abhängigkeit von externen Magnetfeldern starke Veränderungen ihrer Bandstruktur. Mittels Molekularstrahlepitaxie wurden auf (100) GaAs-Substraten eine Serie von (ZnCdMn)Se/ZnSe Schichtstrukturen unterschiedlicher Quantenschichtbreite gewachsen. Bei geeigneter Wahl der Cd- und Mn-Konzentration bildet der quaternäre, semimagnetische Halbleiter die Quantenschicht. Durch Elektronenstrahllithographie gefolgt von Ar-Ionen- und naßchemischem Ätzen wurden anschließend Serien von Dotstrukturen mit Durchmessern kleiner 200 nm hergestellt. Photolumineszenz und Photolumineszenzanregungspektren wurden bei tiefen Temperaturen (T = 1.9 K) und Magnetfeldern bis 7.5 T aufgenommen. Es wurde der Einfluß der Nanostrukturierung auf die exzitonischen Zustände im Hinblick auf Verspannungsänderungen, zusätzliches laterales Confinement und auf das Verhalten im Magnetfeld untersucht.

Bestimmung des phononischen Deformationspotentiales in kubischem CdS mittels Infrarotspektroskopie an verspannten CdS-ZnSe-Übergittern

•R. Becker¹, V.M. Burlakov², M. Göppert¹, A. Dinger¹, S. Petillion¹, M. Grün¹ und C.F. Klingshirn^1
1Institut für Angewandte Physik, Universität Karlsruhe, 76128 Karlsruhe
²Institute for Spectroscopy, Russian Academy of Sciences, 142092 Troitsk, Russia

Mittels Infrarotuntersuchungen an verspannten, kubischen CdS-ZnSe-Heterostrukturen konnten die Phononen-Deformationspotentiale von kubischem CdS ermittelt werden. Die CdS-ZnSe-Mehrfachquantentrog- und Übergitterstrukturen wurden mittels MBE (Molecular Beam Epitaxy) auf dotiertem GaAs-Substrat gewachsen. Mit einem Fourierspektrometer polarisations- und temperaturabhängig aufgenommene Reflexionsmessungen lieferten durch geeignete Modellanpassung die transversal optischen (TO) und longitudinale optischen (LO) Eigenfrequenzen. Der definierte Verspannungszustand innerhalb der MQWs, ermöglichte aus der Frequenzverschiebung, im Vergleich mit dem Volumenmaterial, der LO-, bzw. TO-Phononen die Deformationspotentiale von kubischen CdS zu bestimmen. Vergleichende Messungen an Übergittern mit geringerem Verspannungszustand belegen die Richtigkeit dieses Ansatzes. Die geringe Abhängigkeit des LO-Phonons von der CdS-Schichtdicke legt eine flache Dispersion nahe.

Bandstruktur von ZnSe unter dem Einfluss von Druck und Magnetfeld

•M. Steube und K. Reimann
Institut für Physik, Universität Dortmund, 44221 Dortmund

In Zweiphotonen-Spektren zeigt kubisches ZnSe eine vierfache Aufspaltung seines 2P-Exzitons, die als Folge der kubischen Symmetrie durch die Enveloppe-Loch-Kopplung hervorgerufen wird. Im Magnetfeld spalten die Zustände noch weiter auf, so dass aus der Analyse eines so gewonnenen Spektrums die Luttinger-Parameter g_e,g₁,g₂,g₃,k und der g-Wert des Leitungsbandelektrons bestimmt werden können [1]. Durch zusätzliche Anwendung eines hydrostatischen Drucks kann die Änderung der Luttinger-Parameter als Funktion der Gitterkonstanten bestimmt werden. Mit Hilfe einer speziell für kombinierte Druck- und Magnetfeldmessungen konstruierten Diamant-Druckzelle haben wir Zweiphotonen-Absorptionsspektren von kubischem ZnSe bis 7,2 GPa und 9 T gemessen und die Druckabhängigkeit der Bandstruktur analysiert. Die notwendige numerische Lösung des Magnetfeld-Hamiltonoperators, der die nichtentartete Valenzbandstruktur berücksichtigt, wurde mit Hilfe des sphärischen Tensorformalismus und eines von Lipari und Altarelli [2] entwickelten Exponentialfunktionen-Ansatzes erhalten.

[1] H. W. Hölscher, A. Nöthe, and C. Uihlein, Phys. Rev. B 31, 2379 (1985)

[2] N. O. Lipari and M. Altarelli, Solid State Commun. 33, 47 (1980)

Struktur und Zusammensetzung von CdSe/ZnSe-Quantenpunkten

•D. Litvinov, A. Rosenauer und D. Gerthsen
Universität Karlsruhe(TH), Laboratorium für Elektronenmikroskopie, Kaiserstraße 12, 76128 Karlsruhe

Dieser Beitrag beschäftigt sich mit der Struktur und Zusammensetzung von ZnSe/CdSe/ZnSe-Schichten mit einer Dicke der CdSe-Schicht von 0,7 bis 3,6 Monolagen, die mittels Molekularstrahlepitaxie (MBE) [1] auf GaAs(001) Substraten aufgewachsen wurden.

Die Schichten wurden mit konventioneller und hochauflösender Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) untersucht. Zur Verzerrungsanalyse der hochauflösenden TEM-Aufnahmen wird das Auswerteverfahren DALI[2] eingesetzt. Die lokale Konzentrationsbestimmung wird an 3-Strahl Gitterebenenabbildungen unter Ausnutzung der chemischen Sensitivität des (002)-Reflexes mit dem CELFA[3]-Verfahren durchgeführt.

Es wird festgestellt, daß die CdSe-Schicht aus einer Benetzungsschicht und Inseln besteht. Konzentrationsprofile in Wachstumsrichtung zeigen bei allen Proben eine signifikante Verbreiterung der CdSe-Schichten. Wir finden zwei Typen von Inseln: Große Inseln mit einem Durchmesser von 20-50 nm und einer Dichte von 10⁹ cm^-2 sowie kleine Inseln mit einer Ausdehnung von etwa 5 nm und einer Dichte von 10¹¹ cm^-2. Die großen Inseln besitzen eine richtungsanisotrope Größenverteilung.

[1] S.V. Ivanov und S.V. Sorokin, Ioffe Institut, St. Petersburg

[2] A. Rosenauer, T. Remmele, D. Gerthsen, K. Tillmann, A. Förster, Optik 105, 99 (1997)

[3] A. Rosenauer, U. Fischer, D. Gerthsen, A. Förster, Ultramicroscopy 72, 121 (1998)

Untersuchungen zur Degradation von grünen ZnSe-Lasern

•Peter Grabs, Hans-Jürgen Lugauer, Markus Keim, Lars Han-sen, David Albert, Andreas Waag und Gottfried Landwehr
Physikalisches Institut der Universität Würzburg; Am Hubland; 97074 Würzburg

Wegen der Möglichkeit des gitterangepassten Wachstums auf GaAs-Substraten und wegen ihrer großen Bandlücken eignen sich Berylliumchalkogenide als Ausgangsmaterial für optoelektronische Bauelemente im blau/grünen Spektralbereich. Ihre begrenzte Lebensdauer ist ein Hauptproblem bei der praktischen Anwendung dieser Bauelemente. Aus diesem Grund wurde die Alterung von II-VI-Halbleiterlasern untersucht. Die Degradationsmechanismen sind sehr stark vom Design der Laser abhängig. Insbesondere die Gestaltung der aktiven Zone ist ein bestimmender Faktor. Es wurden LEDs mit ZnCdSe-Quantentrögen, ZnSe-Quantentrögen und CdSe-Inseln als aktive Zone untersucht. Trotz der niedrigen Defektdichten (ca. 8·10³/cm²) verläuft die Degradation teilweise über die Bildung von Dark-Spot- und Dark-Line-Defects. Die experimentellen Ergebnisse deuten darauf hin, daß die Verspannung der aktiven Zone eine wichtige Rolle für die Ausbreitung von ausgedehnten Defekten darstellt. Darauf aufbauend werden Vorschläge für neue Laserdesigns abgeleitet und erste Resultate präsentiert.

Solar Blind UV-Photodetektoren mit Cutoff-Wellenlängen von 450 nm

•Johannes Sieß, Peter Grabs, Hans-Jürgen Lugauer, Andreas Waag und Gottfried Landwehr
Ph. Institut der Uni Würzburg, Am Hubland, 97074 Würzburg

In dieser Arbeit werden Detektoren auf der Basis von Be-Chalkogeniden für den blauen bis ultravioletten Spektralbereich untersucht. BeMgZnSe bietet die Möglichkeit große und variable Bandlücken gitterangepaßt auf GaAs zu wachsen. Die direkte Bandlücke kann hierbei von 2,8 eV bis 4 eV eingestellt werden. Photodetektoren aus diesem Material sind daher unempfindlich gegenüber infraroter und sichtbarer Strahlung. Es wurden p-i-n Photodioden auf p-GaAs gewachsen. Die Schichtenfolge besteht aus Stickstoff-dotiertem BeTe, intrinsischem und Iod-dotiertem BeMgZnSe. Den unteren Kontakt stellt eine Kupferplatte her, oben wurden Aluminiumringkontakte präpariert. BeTe mit einem Leitungsband-Offset von ca. 1,5 eV bezüglich GaAs soll neben der Möglichkeit einer hohen p-Dotierung auch als Barriere für Ladungsträger dienen, die im GaAs-Substrat erzeugt werden und sonst zum Photostrom beitragen würden. Die Proben zeigen sehr niedrige Dunkelströme von weniger als 10¹2 A. Die Quanteneffizienz liegt für 430 nm bei 65 %, darüber fällt sie auf 10^-3 % ab.

Wachstum ultradünner CdS/ZnS Schichten in der MOVPE

•C. Meyne, V. Tuerck, U.W. Pohl, D. Bimberg und W. Richter
Technische Universität Berlin, Institut für Festkörperphysik, Hardenbergstr. 36, 10623 Berlin

Verspannte Heterostrukturen mit Typ I Übergängen sind interessant für das selbstorganisierte Wachstum von Quantenpunkten. Mittels Metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) wurden Monolagen-dicke CdS-Schichten auf ZnS/GaP (001) bei 350^°C abgeschieden. Das Wachstum und die Auswirkungen von Wachstumsunterbrechungen wurden in-situ mittels Reflexions-Anisotropie-Spektroskopie verfolgt.
Die Proben wurden mit Hilfe von Photolumineszenzspektroskopie (PL) sowie mit orts- und spektral aufgelöster Kathodolumineszenz (CL) charakterisiert. In PL ist ein Peak von 60-120meV Breite zu beobachten, der den CdS-Schichten zugeordnet wird. Die CL von CdS Einfachschichten und CdS/ZnS Übergittern bei tiefen Temperaturen zeigt die Existenz von nulldimensionalen exitonischen Zuständen auf der niederenergetischen Seite der Lumineszenzbande. Auf der hochenergetischen Seite der Bande wurden solche Zustände nicht beobachtet. In dem Beitrag werden Auswirkungen von Wachstumsunterbrechungen, Schicht- und Stapeldicken auf die Lumineszenzeigenschaften vorgestellt und im Rahmen eines morphologischen Modells gedeutet.

Wechselwirkung und Dephasierung von Exzitonen in II-IV-Nanostrukturen

•H.P. Wagner¹, H.-P. Tranitz², H. Preis², G. Bacher³, A. Forchel³ und W. Langbein^4
1TU-Chemnitz, Institut Physik, 09107 Chemnitz
²Universität Regensburg, Technische Physik, 93040 Regensburg
³Universität Würzburg, Technische Physik, 97074 Würzburg
⁴Universität Dortmund, Institut für Physik, 44221 Dortmund

Mit der Methode der zeitintegrierten, spektral aufgelösten Vierwellenmischung (FWM) wurde die Phasenrelaxation von Exzitonen in ZnSe Einfachquantentrögentrögen, ZnSe Quantendrähten und ZnCdSe Quantenpunkten untersucht. Polarisationsabhängige Messungen weisen auf wechselwirkungsinduzierte Prozesse hin, wobei die Bildung von Schwerloch-Biexzitonen und in Quantentrögen die Existenz von gemischten Schwerloch-Leichtloch-Biexzitonen nachgewiesen werden konnte. Die FWM-Untersuchungen zeigen ein Anwachsen der Biexzitonbindungsenergie mit abnehmender Quantentrog-(Quantendraht-)breite, was mit einem einfachen analytischen Model auf eine Unterdrückung der Exziton-Exziton Bewegung entlang der Confinement-Richtung zurückgeführt wird. In den ZnCdSe Quantenpunkten wird eine Zunahme der Biexzitonbindungsenergie mit zunehmender Exzitonlokalisierung festgestellt.

Bestimmung elektronischer Eigenschaften von Devices mittels Elektroreflexion

•T. Füller, M. Feige, S. Gundel, M. Ehinger, W. Faschinger, V. Wagner, J. Geurts und G. Landwehr
Physikalisches Institut der Universität Würzburg, EPIII, Am Hubland, D-97074 Würzburg

Optische Methoden zur internen E-Feldbestimmung in Heterostrukturen bieten den Vorteil, daß sie unabhängig von externen Kontakten Informationen liefern und somit im Gegensatz zu elektrischen Messungen gegen einen Spannungsabfall an den äußeren Kontakten und Strömen an Parallelwiderständen unempfindlich sind. In diesem Beitrag werden Elektro- und Photoreflexionsspektroskopie als optische Methoden eingesetzt um MBE-gewachsene II-VI-Photodetektoren im blauen Spektralbereich (ZnMgSeS) und ZnSe-Referenzstrukturen zu analysieren. Wir bestimmen systematisch aus den Franz-Keldysh Oszillationen das innere Feld ohne äußere Spannung, welches zusammen mit der Schichtdicke Rückschlüsse auf die beteiligten Bandoffsets erlaubt. Bei der Verfolgung der E-Feldgröße unter Variation der äußeren Spannung können wir aus dem Verschwinden des Elektroreflexionssignals sehr empfindlich den Wert bestimmen, bei dem das innere E-Feld gerade verschwindet. Letztere Methode benötigt keinen größeren spektralen Bereich wie er zur Analyse der Franz-Keldysh Oszillationen nötig ist, sondern erhält ihre Empfindlichkeit aus dem Vorzeichenwechsel des Elektroreflexionsspektrum wenn das innere E-Feld im Mittel verschwindet. Diese Methode ist somit besonders geeignet um die hier vorliegenden schmalbandige Detektoren zu untersuchen. Die Ergebnisse aus den optischen Messungen werden mit elektrischen Messungen (I/V) und Simulationen zum Bänderschema der Devicestrukturen verglichen.

Photoemissionsuntersuchungen an heteroepitaktischen
HgTe(Se) und CdTe(Se)(001) Schichten

•D. Eich, K. Ortner, U. Groh, D. Hübner, M. Gräbner, C.R. Becker, R. Fink, G. Landwehr und E. Umbach
Experimentelle Physik II und III, Universität Würzburg, Am Hubland, 97074 Würzburg

Für die Transporteigenschaften von HgTe/CdTe Übergittern ist der Valenzband-Offset (VBO) des abrupten HgTe/CdTe Heteroübergangs von besonderer Bedeutung. Die Bestimmung des Valenzbandmaximums (VBM) mittels linearer Extrapolation der niederenergetischen VB-Kante in Photoemissionsspektren ist eine allgemein akzeptierte Methode. k-aufgelöste UPS Messungen bei verschiedenen Photonenenergien zeigen, daß die Dispersion des VBM nicht vernachlässigt werden darf. Der VBO aus winkelaufgelösten UPS Messungen (He I, Ar I) der Hg 5d und Cd 4d Niveaus ergibt sich zu 0.53 ± 0.03 eV, XPS Untersuchungen bestätigen dies ( DE_VBO = 0.54 ±0.1 eV). Diese Ergebnisse stimmen gut mit temperaturabhängigen magneto-optischen Untersuchungen überein (D_VBO = 550 meV). Neueste winkelaufgelöste Photoemissionsuntersuchungen in Kombination mit IPES Messungen an MBE gewachsenen HgSe(001) Schichten scheinen die Existenz einer unerwarteten Energielücke zu be"-stä"-tigen. Die Ergebnisse werden hinsichtlich der Bestimmungsmethode und hinsichtlich anderer kontroverser Resultate diskutiert. (Gefördert durch die DFG im Rahmen des SFB 410)

Untersuchung des Einflusses lateraler Strukturierung auf freie und gebundene exzitonische Zustände in III-V Halbleiterheterostrukturen

•Robin Fehse¹, Thorsten Hartmann¹, Peter J. Klar¹, Wolfram Heimbrodt¹, Sabine Leu¹, Siegfried Nau¹, Wolfgang Stolz¹, Michael Oestreich¹, Wolfgang W. Rühle¹ und Torsten Henning^2
1FB Physik und Wissenschaftliches Zentrum für Materialwissenschaften der Philipps-Universität Marburg
²MINA,TU Chalmers und Universität Göteborg, Schweden

Die Veränderung der exzitonischen Lumineszenzbanden von dotierten III-V Halbleiterheterostrukturen bei lateraler Dimensionsreduzierung wurde untersucht. Fünf GaAs/(Al,Ga)As Einzelquantenschichtstrukturen mit Quantenschichtbreiten von 8 nm, einer Al-Konzentration von 30 % und unterschiedlichen Siliziumdotierungen in den Quantenschichten im Bereich 10¹⁵ cm^-3 bis 10¹⁸ cm^-3 sind mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie gewachsen worden. Auf Teilstücken der Proben wurden mittels Elektronenstrahllithographie und naßchemischem Ätzen Dotstrukturen mit Durchmessern von 200 nm bis zu 50 nm präpariert. Der Durchmesser der Dots und die Ätztiefe wurden aus Rasterkraftmikroskopaufnahmen bestimmt. Zur optischen Charakterisierung der Proben wurden zeitintegrierte sowie im ps-Bereich zeitaufgelöste Photolumineszenz- und Photolumineszenzanregungsmessungen bei 1.9 K durchgeführt. Die Auswertung der Messungen bietet Einblick in die Rekombinationsmechanismen von Exzitonen an Donatoren und Grenzflächen sowie eine Bestimmung des exzitonischen Einzugsbereichs der Donatoratome.

Photomodulierte Reflexion an (Ga,In)(N,As)/GaAs Quantenschichtstrukturen

•Heiko Grüning, Peter J. Klar, Wolfram Heimbrodt, Falko Höhnsdorf, Jörg Koch und Wolfgang Stolz
FB Physik und Wissenschaftliches Zentrum für Materialwissenschaften der Philipps-Universität Marburg

(Ga,In)(N,As)/GaAs Quantenschichtstrukturen (QSS) werden seit kurzem in der aktiven Region von Halbleiterlasern im Wellenlängenbereich von 1.3 und 1.55 mm, mit dem Ziel zukünftiger Anwendung in der faseroptischen Kommunikation, eingesetzt. Zur Verbesserung der Laser ist ein besseres Verständnis der Bandstruktur solcher QSS nötig. Es wurden mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie zwei Serien von (Ga,In)(N,As)/GaAs QSS gewachsen. In der ersten Serie wurde für 7 nm QSS der Stickstoffgehalt bei fester Indiumkonzentration variiert und in der zweiten die Schichtbreite bei festen Indium- und Stickstoffkonzentrationen verändert. Die exzitonischen Zustände der QSS wurden mit photomodulierter Reflexion und Photolumineszenzspektroskopie im Temperaturbereich von 300 K bis 10 K untersucht. Durch Vergleich mit Modellrechnungen wurden Informationen zur Bandlücke von (Ga,In)(N,As) sowie dem Valenzbandoffset und dem Verspannungszustand der (Ga,In)(N,As)/GaAs QSS gewonnen.

Cross-polarized reflectance difference spectroscopy on CuPt ordered Al_xGa_1-xInP

•Tino Hofmann¹, Mathias Schubert¹, Bernd Rheinländer¹, Ines Pietzonka² und Volker Gottschalch^2
1Fakultät für Physik und Geowissenschaften, Halbleiterphysik, Universität Leipzig, Linnestraße 5, D-04103 Leipzig
²Fakultät für Chemie und Mineralogie, Halbleiterchemie, Universität Leipzig, Linnestraße 3, D-04103 Leipzig

We use a cross-polarized modulated reflectance difference technique (cRDS)

at oblique angle of incidence as novel approach for non-destructive

determination of birefringence and zone-center transition energies in

spontaneously ordered AlGaInP thin films. This internal modulation

technique allows characterization of extremely weak anisotropy in thin-

film heterostrutures. The cRDS data are directly proportional to the

sample birefringence, and do not rely on the normal incidence setup

necessary for standard RDS. The effect of this differential technique

is to quench the strong on-diagonal reflectivity, and to accomplish the

sample itself as polarization modulator. A detailed description of this

technique will be given. We also report the anisotropic Seraphin

coefficients for CuPt-ordered compounds.

Photolumineszenzmessungen an III-V-Halbleitern mit hoher Orts- und Zeitauflösung

•Matthias Wellhöfer, Thomas Held, Wolfram Ibach, Olaf Hollricher und Othmar Marti
Abteilung Experimentelle Physik, Universität Ulm, Albert-Einstein-Allee 11, 89069 Ulm

Die Laser-Scanning-Mikroskopie ermöglicht im Vergleich

zur herkömmlichen m-Photolumineszenz eine wesentlich

bessere Ortsauflösung, die kleiner als die

Diffusionslänge des Halbleitermaterials sein kann.

Durch die Kombination von orts- und zeitaufgelösten Messungen

kann die Qualität optischer Bauelemente studiert werden

mit dem Ziel, die Wachstumparameter sowie die Schichtstruktur zu

optimieren. Untersucht wurden u. a. MQW-Strukturen mit

unterschiedlichen Verzerrungen („ Strained Layer“ )

im Hinblick auf Relaxationslinien und Defekte, die sich

in einer veränderten Lumineszenzintensität äußern. Im

Hinblick auf die spätere Verwendung der Strukturen als aktive

Zone von Laserdioden wurden sämtliche Messungen bei

Raumtemperatur durchgeführt.

Diffusion von Stickstoff aus einer vergrabenen Schicht in intrinsisches und hochdotiertes GaAs

•G. Bösker¹, N. A. Stolwijk¹, J. V. Thordson², U. Södervall², G. Swenson², T. G. Andersson², C. Jäger³ und W. Jäger^3
1Institut für Metallforschung, Universität Münster, Wilhelm-Klemm-Straße 10, D-48149 Münster
²Dept of Physics, Chalmers University of Technology and Göteborg University, S-41296 Göteborg, Sweden
³Mikrostrukturanalytik, Technische Fakultät der Universtät Kiel, D-24143 Kiel

In den letzten Jahren haben GaAs/GaN-Systeme wegen ihrer möglichen Anwendung als Feststofflaser ein großes Interesse gefunden. Dennoch sind eine Vielzahl von Problemen bezüglich eingewachsener Defekte und thermischer Stabilität bis heute ungelöst. Für die hier vorgestellten Experimente wurden geeignete GaAs/GaAs:N/GaAs-Heterostrukturen mit einer maximalen Stickstoffkonzentration von ca. 5×10¹⁹ cm^-3 mittels MBE auf GaAs-Substrate aufgewachsen. Neben intrinsischen wurden auch Be-dotierte und Si-dotierte Strukturen hergestellt, um gezielt den Effekt einer homogenen Dotierung auf die Verbreiterung der N-Schicht zu untersuchen. Die Mikrostruktur der frisch gewachsenen und geglühten Proben wurde mittels TEM charakterisiert. Die N-Verteilung vor und nach den Glühungen wurde mit SIMS gemessen und numerisch simuliert. Dies führte zu dem Schluß, daß die Diffusion auf dem As-Untergitter von GaAs hauptsächlich über Eigenzwischengitteratome abläuft. So erhielten wir zum ersten Mal Daten über die N-Diffusion und die As-Diffusion im Temperaturbereich von 720 ^°C - 920 ^°C in GaAs.

Diffusion der Halogene Brom und Jod in III-V Halbleitern

•M. Risse¹, K. Lorenz¹, R. Vianden¹, A. Kling², J.C. Soares², A. Byrne³, P.N.K. Deenapanray³, C. Glover³, S. Matics⁴, P. Scharwaechter⁴ und K. Freitag^1
1ISKP, Univ. Bonn, Nußallee 14-16, 53115 Bonn
²ITN, Sacavem, P
³ANU, Canberra, AUS
⁴MPI f. Metallf., Stuttgart

Über die Diffusion von Halogenen in III-V Halbleitern ist bislang nur sehr wenig bekannt. Mit der RBS und Channeling Methode wurde das Verhalten von Jod in GaAs untersucht. Es wurde Jod mit einer Dosis von 3*10¹⁵cm^-2 implantiert und Messungen nach Temperschritten zwischen 500 und 1000^oC für 30s bis zu 9h durchgeführt. Zum Schutz des Halbleiters wurde vor dem Tempern eine Si₃N₄ Schicht aufgebracht. Man erkennt, daß ein Teil des Jods ins Interface diffundiert, während ein anderer Teil auf substitutionellen Gitterplätzen eingebaut wird. Außerdem wurden SIMS Messungen an Br in InAs durchgeführt, nach Implantation von 2 - 10*10 ¹⁴cm^-2 und einem Temperschritt von 120s bei 750^oC. Ähnliche Messungen an Br in GaAs wurden bereits früher durchgeführt. Das Verhalten der Br-Atome ist hierbei abhängig von der Vordotierung des Materials. Bei beiden Meßmethoden wurde mit recht hohen Implantationsdosen gearbeitet. Eine dritte Methode, die Radiotracer Methode, erlaubt es bei wesentlich geringeren Dosen zu arbeiten. Mit dieser Methode wurden Untersuchungen an ⁸²Br in GaAs durchgeführt ( < 2*10¹²cm^-2) . Bei diesen geringeren Dosen und der höheren Meßempfindlichkeit gibt es Anzeichen dafür, daß ein kleiner Anteil der Ionen, in der Größenordung der Materialeigendefekte, einer schnellen Diffusion bei Raumtemperatur unterliegt. Der größere Teil der Ionen zeigt ein ähnliches Verhalten wie bei den anderen Methoden beobachtet.

Halleffekt-Untersuchungen des ⁷¹As ® ⁷¹Ge ® ⁷¹Ga -Übergangs in GaAs

•C. von Nathusius¹, R. Vianden¹ und Isol"-de-Kol"-la"-bo"-ra"-tion^2
1Institut für Strahlen- und Kernphysik, Universität Bonn, Nußallee 14-16, D-53115 Bonn
²Isolde-Kollaboration, CERN Geneve, CH

Untersuchungen der Implantation von ⁷¹As in GaAs haben die Bildung des Ga_As-Antisite-Defekts nachgewiesen. Das in einem Temperschritt auf dem As-Platz eingebaute ⁷¹As zerfällt über ⁷¹Ge zum ⁷¹Ga. Während der in der Zerfallskaskade entstehende Ge_As-Defekt Akzeptorcharakter zeigt, hat Ga_As Akzeptor- oder kompensierendes Verhalten gezeigt. Zur Untersuchung dieses uneinheitlichen elektischen Verhaltens wurden weitere Hall-Effekt- und Widerstandsmessungen an verschiedenen mit ⁷¹As dotierten GaAs-Poben durchgefuehrt.

[1] G.Rohrlack et.al., Nucl.Instr.Meth. B (1995), B106 (no. 1-4), p.267-70

[2] R.Magerle et.al., Mater.Science Forum (1997), vol.258-163, pt.2, p.945-50

Diskstrukturen für unipolare GaAs/AlGaAs Quantenkaskadenemitter im mittleren Infrarot.

•Stefan Gianordoli, Lubos Hvozdara, Gottfried Strasser, Karl Unterrainer, Thomas Maier und Erich Gornik
Institut für Festkörperelektronik, Technische Universität Wien, Floragasse 7, A-1040 Wien

Erstmals wird elektrische erzeugte Photolumineszens im mittleren

Infrarot (MIR) aus einer Diskstruktur für das AlGaAs/GaAs-

Materialsystem gezeigt. Solche MIR-Leuchtdioden setzen sich aus

mehreren Perioden unterschiedlicher GaAs/AlGaAs Übergitter

zusammen, wobei nach Emission eines Photons die Elektronen (im

Gegensatz zur Lichterzeugung bei Bandgap-LEDs) in der nächsten

Kaskade wieder emittieren können. Diskförmige Resonatoren

zeichnen sich besonders durch ihre kleinen Abmessungen (25 bis 120

Mikrometer Durchmesser und 10-40 Mikrometer hoch), ihre geringen

optischen Verluste, eine ausgezeichnete Lichtführung und einen

hohen Qualitätsfaktor aus. Im Gegensatz zu herkömmlichen

Interbandlasern bringen Intersubbandübergänge zwei wesentliche

Vorteile für Diskresonatoren mit sich: ihre Unipolarität und ihre

TM-polarisierte Emission. Die technologisch aufwendige Realisierung

solcher Diskstrukturen wird aufgezeigt, wobei das Konzept

unterschiedlich großer diskförmiger Resonatoren für unipolare

Emitter im MIR (8 - 11 Mikrometer) präsentiert wird.

Photolumineszenzuntersuchungen an kubischem GaN:Mg

•Torsten Lüttgert¹, U. v. Gfug¹, M. Straßburg¹, A. Hoffmann¹, D. J. As² und T. Simonsmeier^2
1Institut für Festkörperphysik, TU Berlin, Hardenbergstr. 36, 10623 Berlin
²Universität GH Paderborn, FB 6 Physik, Warburger Str. 100, 33098 Paderborn

Es wurde die Photolumineszenz einer Serie von fünf mit MBE

(molecular beam epitaxy) gewachsenen Proben aus kubischem GaN mit

verschieden hoher Magnesiumdotierung untersucht. Dabei wurde die

Anregungsdichte über vier Größenordnungen variiert.

Aus den Banden (Exzitonenlinien,

Donator-Akzeptor-Paar-Übergang) wurde

ermittelt, da\ß ein Donatorniveau bei 25 meV Abstand vom

Leitungsband liegt und ein Akzeptorniveau bei 130 meV Abstand

vom Valenzband.

Ein weiteres Akzeptorniveau (Magnesium als Akzeptor) liegt bei

240 meV Abstand vom Valenzband. Es wurden auch weitere

Donatorniveaus ermittelt, die wahrscheinlich durch Mg-Cluster

oder Mg auf Zwischengitterplätzen verursacht werden.

Diese haben von Probe zu Probe verschiedene Energien. Beobachtet

wurden 185 meV und 335 meV Abstand zum Leitungsband.

Optisches Modenspektrum in photonischen Molekülen und Kristallen

•G. Guttroff, M. Bayer, A. Forchel, T.L. Reinecke und P.A. Knipp
Lehrstuhl für Technische Physik, Universität Würzburg, Am Hubland, D-97074 Würzburg

Mikrokavitäten mit dreidimensionalem optischem Einschluß sog. photonische Punkte, wurden über einen Halbleitersteg zu komplexen Strukturen wie photonischen Molekülen oder Kristallen verkoppelt. Das Modenspektrum dieser Strukturen wurde mit Photolumineszenzspektroskopie untersucht. Dabei zeigen die eingeschlossenen elektromagnetischen Zustände ein Verhalten, das dem von Elektronen in Molekülen bzw. Kristallen ähnlich ist. So enstehen etwa bei der Kopplung von photonischen Punkten zu Molekülen 'bindende' und 'antibindende' Orbitale. Ordnet man die photonischen Punkte linear zu einer Kette an und variiert man die Länge der Kette, so wird mit zunehmender Länge der Übergang von Molekül- zu dispersiven Kristallzuständen beobachtet. Abhängig von der Brechungsindexmodulation entlang der Kette entstehen Bandlücken an den Grenzen der photonischen Brillouin-Zonen. In diese Kristallstrukturen können auch Defekte eingebracht werden, indem lokal die Größ e eines photonischen Punkts variiert wird. Abhängig von der Defektgröß e bilden sich akzeptor- und donator-ähnliche Zustände innerhalb der photonischen Bandlücken aus. Die experimentellen Daten sind in guter Übereinstimmung mit den Ergebnissen theoretischer Modellrechnungen.

Herstellung und Untersuchung von (GaIn)(NAs)/GaAs-Potentialtopfstrukturen

•Jörg Koch, Michael Lampalzer, Falko Höhnsdorf und Wolfgang Stolz
Wissenschaftliches Zentrum für Materialwissenschaften, Fachbereich Physik
Philipps-Universität Marburg

Das neuartige Mischkristallsystem (GaIn)(NAs), das gitterangepaßt oder auch verspannt auf GaAs-Substrat epitaktisch hergestellt werden kann, erlangt aufgrund seiner besonderen physikalischen Eigenschaften, wie z.B. der Möglichkeit, Lichtemission im 1.3mm und 1.55mm Spektralbereich auf GaAs-Substrat zu realisieren, immer größeres Interesse. (GaIn)(NAs)/GaAs-Potentialtopfstrukturen (MQW) wurden mittels der metallorganischen Gasphasenepitaxie (MOVPE) unter Einsatz von 1,1-Dimethylhydrazin (UDMHy) und Tertiärbutylarsin (TBA) unter extremen Nichtgleichgewichtsbedingungen hergestellt sowie mittels hochauflösender Rntgenbeugung (XRD) und Photolumineszenzspektroskopie (PL) untersucht. Das Einbauverhalten von In und N in (GaIn)(NAs) wurde quantitativ bestimmt. Durch Optimierung der Abscheidebedingungen konnten MQW realisiert werden, die intensive Band-Band-Übergänge mit einer Emissionswellenlänge bis zu 1.5mm bei Raumtemperatur zeigen. Die Änderung der Energielücke als Funktion der N-Konzentration wird vorgestellt und diskutiert.

MCDA-EPR-Untersuchungen an vom Substrat abgelösten, MBE-gewachsenen GaAs-Schichten

•Igor Tkach
Fachbereich Physik, Universität Paderborn, D-33095 Paderborn

GaAs-Niedertemperatur-MBE-Schichten wurden vom Substrat abgelöst und auf einen

Glasträger aufgebracht. Eine Serie dieser Schichten, die bei ca.

200^° C gewachsen und dann bei verschiedenen Temperaturen getempert

wurden, haben wir mit optisch über den magnetischen Zirkulardichroismus der

Absorption (MCDA) nachgewiesener elektronenparamagnetischen

Resonanz (EPR) im K- und W-Band (24 / 94 GHz) untersucht.

Arsenantistrukturdefekte wurden nachgewiesen. Mit Hilfe der MCDA-EPR-Technik

konnten wir zeigen, daß diese Defekte Absorptionsbanden besitzen, die

energetisch oberhalb der intrinsischen Band-Band-Absorption liegen.

Es wird spekuliert, daß es sich bei diesen Banden um Übergänge in höhere,

mit dem Leitungsband resonante Zustände handelt.

Untersuchungen zur Zink-Diffusion in Galliumphosphid

•J. Pöpping¹, N. A. Stolwijk¹, G. Bösker¹, C. Jäger², W. Jäger², U. Södervall³ und H. Mehrer^1
3Department of Physics, Chalmers University of Technology, S-41296 Göteborg
¹Institut für Metallforschung, Universität Münster, Wilhelm-Klemm-Straße 10, D-48149 Münster
²Technische Fakultät, Universität Kiel, Kaiserstraße 2, D-24143 Kiel

Die atomare Diffusion in dem III-V Halbleiter GaP ist im Gegensatz zu GaAs noch wenig untersucht. Dies betrifft sowohl die Fremd- als auch die Selbstdiffusion. Wir haben Diffusionsexperimente an GaP mit unterschiedlichen Zn-P-Quellen im Temperaturbereich von 800^°C bis 1100^°C durchgeführt. Aus EMPA- und SIMS-Messungen wurden Randlöslichkeiten und Konzentrations-Weg-Profile von Zn in GaP gewonnen. Zusätzliche TEM-Analysen zeigten eine Korrelation zwischen dem Diffusionsprofil und einer diffusionsinduzierten Defektstruktur. Damit sind Rückschlüsse auf den vorherrschenden Diffusionsmechanismus möglich. Diese Informationen sind in numerische Anpassungen der gemessenen Profile eingeflossen und lieferten erstmals Diffusionskoeffizienten nicht nur für Zn sondern auch für den Anteil der Ga-Eigenzwischengitteratome bei der Ga-Diffusion in GaP.

Femtosekunden-Interferometrie der Sekundäremmission von GaAs-Quantenfilmen

•Birger Seifert, Christoph Nacke, Matthias Seemann, Frank Kieseling und Heinrich Stolz
FB Physik, Universität Rostock, 18051 Rostock

Die Eigenschaften der Sekundäremission, d.h. der Emission mit

einer von der Transmission bzw. Reflexion abweichenden Richtung,

exzitonischer Übergänge in Halbleitern sind seit längerer

Zeit Gegenstand intensiven Interesses. Wir berichten über

Untersuchungen der Emission von GaAs-Quantenfilmen bei

Raumtemperatur nach Anregung mit 50 fs Laserpulsen.

Durch spektrale Interferometrie, bei der ein Referenzpuls mit zeitlich

variabler Verzögerung zur Interferenz mir der Emission gebracht und

das Interferogramm spektral aufgelöst wird [1], kann so der kohärente

Anteil der Emission bestimmt werden . Wir beobachten bei resonanter

Anregung ausgeprägte Interferenzen. Aus der Analyse ergibt sich

der zeitabhängige Anteil der Emission nach Betrag und Phase.

Desweiteren wird die Abhängigkeit von der Anregungsenergie

und -leistung diskutiert.

[1]D.N. Fittinghoff et al., Optics Letters 21,884 (1996)

Dynamik von Quantum-Cascade-Lasern und der Einfluß von Phononen

•Dietmar Preißer und Ortwin Hess
Theoretische Quantenelektronik, Institut für Technische Physik, DLR, Pfaffenwaldring 38-40, D-70569 Stuttgart

Um Halbleiterlaser für den infraroten Spektralbereich

zugänglich zu machen, werden neben den Materialien, deren

Bandgap in dem relevanten Energiebereich liegen, Quantum-Wells

verwendet. Für Strukturen, bei denen die Lasingaktivität

auf einem Übergang zwischen zwei Energieniveaus mit

unterschiedlicher Lokalisierung der zugehörigen Wellenfunktionen

in benachbarten Quantum-Wells beruht, besteht der Vorteil, die

Frequenz in einem bestimmten Bereich durch Anlegen eines

elektrischen Feldes einstellen zu können.

Für solche Anordnungen der Quantum-Wells, in denen Lasing

auf Interbandübergangen zwischen gleichen bzw. verschiedenen

Quantum-Wells (Intra- bzw. Interwellübergange) beruht, sogenannte

Quantum-Cascade-Lasers vom Typ 2, wird die Dynamik, insbesondere

unter dem Einfluß von LO-Phononen, untersucht.

Hochfrequenzuntersuchungen an komplex gekoppelten DFB Lasern mit kleiner Linienbreite im Materialsystem InGaAs(P)/InP

•M. Mulot¹, R. Schreiner¹, W. Coenning², J.L. Gentner³, J. Porsche¹, M. Berroth², F. Scholz¹ und H. Schweizer^1
14. Physikalisches Institut, Universität Stuttgart, Pfaffenwaldring 57, D-70550 Stuttgart
²Institut für Elektrische und Optische Nachrichtentechnik, Universität Stuttgart, Pfaffenwaldring 47, D-70550 Stuttgart
³Alcatel Alsthom Recherche, Route de Nozay, F-91460 Marcoussis

In diesem Beitrag wird über eine neuartige komplex gekoppelte DFB-Laserstruktur berichtet, bei der der Verstärkungskopplungsanteil antiphasig zum Indexkopplungsanteil liegt. Von solchen antiphasen CC-DFB-Lasern werden besonders günstige spektrale Eigenschaften im Dämpfungsminimum der Glasfaser (1550nm) erwartet. Wir untersuchen diese Laser im Hinblick auf Linienbreite, Seitenmodenunterdrückung und Modulationsverhalten. Wir erhalten für relative kurze Laser (375mm) Rekordlinienbreiten von 250kHz. Wir berichten über das dynamische Verhalten dieser Laser unter Kleinsignalmodulation im GHz-Bereich und modellieren den Frequenzgang der Amplitudentransferfunktion auf der Basis der Ratengleichungen für Photonen und Ladungsträger.

Linienbreiten der Normalmoden in Halbleiter - Mikroresonatoren

•D. Karaiskaj, C. Ellmers, M. Hofmann, T. Maxisch, F. Jahnke, H.-J. Kolbe, G. Weiser, R. Rettig, S. Leu, W. Stolz, S.W. Koch und W.W. Rühle
Fachbereich Physik, Philipps - Universität, Renthof 5, D-35032 Marburg

Halbleiterlaser-Mikroresonatoren sind geeignet, die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie zu untersuchen. Die Kopplung der Exzitonenresonanz in den Quantenfilmen mit der Resonatormode führt zu zwei gekoppelten Linien im Reflexionsspektrum eines Mikroresonators. Der Abstand dieser beiden Normalmoden hängt von der Exziton - Photon - Kopplung ab. Der Einfluß der Unordnung auf die Linienbreiten der Normalmoden ist umstritten. Insbesondere wird kontrovers diskutiert, ob Polariton-Effekte diesen Einfluß modifizieren.

In unserem Experiment wird die Exziton - Photon - Kopplung durch schrittweise Reduktion der Resonatorgüte variiert. Dazu wird die Anzahl der Spiegelpaare des oberen Bragg-Spiegels durch digitales Abätzen reduziert. Auf diese Weise können die Linienbreiten der Normalmoden bei verschiedenen Kopplungsstärken an einer Probe untersucht werden. Die experimentell gemessenen Linienbreiten werden mit Linienbreiten aus berechneten Spektren verglichen. Dieser Vergleich beweist, daß Polariton-Effekte nicht notwendig für die Erklärung der Linienbreiten sind, sondern daß eine lineare Dispersionstheorie zur Beschreibung der Experimente ausreicht.

Herstellung und Charakterisierung von MBE gewachsenen InAs HEMT-Strukturen auf GaAs(001) Substraten

•A. Richter, S. Günther, T. Matsuyama, R. Anton, C. Heyn, W. Hansen und U. Merkt
Institut für Angewandte Physik und Zentrum für Mikrostrukturforschung, Universität Hamburg, Jungiusstraße 11, D-20355 Hamburg

Wir berichten über die Herstellung von InAs basierten HEMT-Strukturen auf GaAs(001) Substraten. Der leitfähige Kanal unserer Strukturen besteht aus einem InAlAs/InGaAs/InAlAs Quantentrog, in dem zusätzlich eine dünne, verspannte InAs Schicht eingebettet ist. Zur Gitteranpassung des aktiven Bereiches an das GaAs Substrat wird zuvor eine InAlAs Pufferstruktur gewachsen, in der der In-Gehalt in Schritten oder graduell von 0% auf 75% erhöht wird. Magnetotransportmessungen ergeben Beweglichkeiten von 30000 - 60000 cm²/(Vs) und Ladungsträgerdichten von 5 - 8 * 10¹¹ cm^-2 bei einer Temperatur von T = 4,2 K. Die morphologische Charakterisierung der Strukturen erfolgt mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Rasterkraftmikroskopie (AFM).

Temperaturabhängige Lumineszenz in stark ungeordneten Quantenfilmen

•S.D. Baranovski¹, R. Eichmann² und P. Thomas^2
1Institut für Physikalische Chemie und Wissenschaftliches Zentrum für Materialwissenschaften, Philipps-Universität Marburg, Hans Meerwein-Straß e, D-35032 Marburg
²Fachbereich Physik und Wissenschaftliches Zentrum für Materialwissenschaften, Philipps-Universität Marburg, Renthof 5, D-35032 Marburg

Die optischen Spektren von Quantenfilmen sind vielfach stark durch Unordnung beeinfluß t. Insbesondere bestimmt die Relaxation coulomb-korrelierter Elektron-Loch-Paare in durch Unordnung lokalisierten Zuständen die Position und die Breite der Photolumineszenz-Linien. Wir untersuchen die energetische Relaxation gebundener Elektron-Loch-Paare und die Temperaturabhängigkeit der spektralen Lage und Breite der Photolumineszenz-Linien unter Daueranregungsbedingungen mit Hilfe einer Monte Carlo-Simulation für verschiedene Modellsysteme.

Untersuchung von modulationsdotierten CdS-ZnSe-Mehrfach-quantentrogstrukturen mit hohen Intersubbandübergangsenergien

•M. Göppert¹, R. Becker¹, I. Galbraith², S. Petillion¹, A. Dinger¹, M. Hetterich¹, M. Grün¹ und C.F. Klingshirn^1
1Inst. für Angewandte Physik, Universität Karlsruhe
²Physics Department, Heriot-Watt University, Edinburgh, U.K.

Die Infrarotspektroskopie in Wellenleitergeometrie stellt ein gängiges Verfahren dar, Intersubbanbübergänge in Mehrfachquantentrögen und Übergittern zu untersuchen. Durch den relativ großen Leitungsbandoffset in verspannten Typ II CdS-ZnSe-Schichten erreichten wir Intersubbandübergangsenergien bis zu 600meV. Die mit Cl n-dotierten kubischen CdS-ZnSe-Heterostrukturen wurden mit Molekularstrahlepitaxie (MBE) auf undotiertem GaAs aufgewachsen. In den höchstdotierten Proben wurden Flächenladungsdichten bis zu 10¹³cm^-2 und damit auch eine Besetzung des zweiten Subbandniveaus erreicht. Die Intersubbandübergänge wurden mit Fourierspektroskopie polarisations- und temperaturabhängig gemessen. Die in die theoretische Berechnung der Übergangsenergien eingehende effektive Elektronenmasse von kubischem CdS konnte mit einer Kombination aus IR-Reflexionsmessungen und Hallmessungen ermittelt werden.

Optisch angeregte und optisch detektierte NMR an GaAs Quantentrögen

•Marcus Eickhoff, Gregory Patrick Flinn und Dieter Suter
Universität Dortmund, Fachbereich Physik, 44221 Dortmund

Die Untersuchung der Materialeigenschaften durch die optisch detektierte NMR zeichnet sich durch die hohe Empfindlichkeit ( < 10¹¹ Spins werden benötigt) und durch die hohe räumliche Auflösung aus. Hierbei kann zwischen den Kernen aus den Quantentrögen und denen aus den Barrieren unterschieden werden. ODNMR Signale zeigen sich in einer Änderung des Polarisationsgrades des Fluoreszenzlichts, wenn die Kernspins eines Isotops durch Einstrahlen eines Radiofrequenzfeldes mit der Larmor-Frequenz dieses Isotops gesättigt werden.

Hier wird eine rein optische Messmethode vorgestellt, mit der NMR Spektren gemessen werden können. Die Anregung der Kernspinresonanz erfolgt hier durch eine Modulation der Lichtintensität des Pumplichts mit der Radiofrequenz. Es ist bei dieser Art der Anregung möglich mit geringem apparativen Aufwand eine sehr breitbandige Messung (DC bis 6MHz) durchzuführen.

MBE-Wachstum von Halbleiterheterostrukturen mit hochbeweglichen Elektronen

•D. Reuter, I. Kamphausen und A.D. Wieck
Ruhr-Universität Bochum, Lehrstuhl für Angewandte Festkörperphysik, Universitätsstrasse 150, 44780 Bochum

In selektiv dotierten III-V-Halbleiterheterostrukturen lassen sich 2-dimensionale Elektronengase erzeugen, in denen die Elektronen extrem hohe Tieftemperaturbeweglichkeiten erreichen, was für zahlreiche Anwendungen von großem Interesse ist. Solche Heterostrukturen lassen sich mittels Molekularstrahlepitaxie (MBE) herstellen. Um höchste Beweglichkeiten zu erreichen, ist insbesondere der Einbau von Fremdatomen zu minimieren, was zu sehr aufwendigen und teueren MBE-Anlagen geführt hat. Wir berichten in diesem Beitrag über unsere Erfahrungen mit einem einfachen, preiswerten und zuverlässigen MBE-System, in dem Substrate von bis zu 3^¢¢ Durchmesser verarbeitet werden können. Wir konnten Tieftemperaturbeweglichkeiten von bis zu 7,9×10⁶ cm²/Vs bei Elektronendichten von etwa 4×10¹¹ cm^-2 erzielen. Dies wurde insbesondere durch Optimierung der Wachstumsparameter Substrattemperatur und As-Flux erreicht. Es werden die apparativen Besonderheiten der MBE-Anlage im Bezug auf die Wachstumserfolge diskutiert.
Diese Arbeit wurde im Rahmen des Graduiertenkollegs 384 gefördert.

Raman- und PL-Untersuchungen an kubischen CdS/ZnSe Quantenfilmstrukturen

•A. Dinger¹, S. Petillon¹, M. Grün¹, M. Göppert¹, M. Hetterich¹, C. Klingshirn¹, J. Liang², B. Weise², V. Wagner² und J. Geurts^2
1Institut für Angewandte Physik, Universität Karlsruhe, D-76128 Karlsruhe
²Physikalisches Institut, Universität Würzburg, D-97076 Würzburg

Wir berichten über Raman- und PL-Untersuchungen an kubischen CdS/ZnSe Typ II Einfach- und Mehrfachquantenfilmen, sowie Übergittern. Die entsprechenden Quantenstrukturen wurden mittels Molekularstrahlepitaxie auf GaAs(001) aufgewachsen. In Abhängigkeit von der jeweiligen Schichtdicke bzw. Übergitterperiodenlänge variiert die spektrale Lage des PL-Maximums zwischen 2.1 eV und 2.7 eV (bei 5K). Es werden intensive Lumineszenzbanden mit Halbwertsbreiten zwischen 16 meV und 35 meV beobachtet. Durch Anpassung von Modellrechnungen an die spektrale Lage der Übergangsenergien in Abhängigkeit der Schichtdicken konnte der bisher unbekannte Leitungs- und Valenzbandoffset für das CdS/ZnSe System experimentell bestimmt werden. Weiterhin wurde mit dieser Anpassung die effektive Elektronenmasse für kubisches CdS ermittelt. Mittels Ramanstreuung wurden in Übergittern gefaltete longitudinale akustische Phononen bis zur dritten Ordnung beobachtet. In Konsistenz mit Röntgenbeugungsexperimenten zeigt dies die gute Homogenität der Übergitterperiodenlänge. Schichtbegrenzte LO Phononen höherer Ordnung deuten auf gute Grenzflächeneigenschaften der untersuchten Übergitter hin. Für die ZnSe LO Moden konnte unter Berücksichtigung von verspannungsinduzierten Frequenzverschiebungen der Verlauf der Volumendispersionsrelation für die erste Hälfte der Brillouinzone gut reproduziert werden.

Elektronische Struktur von GaN / Al_1-xY_xN (Y = Ga, In) Übergitterstrukturen mit mittlerer bis großer Periodenlänge

• G.C. Rohr und O. Hess

Institut für Technische Physik, DLR Stuttgart, Pfaffenwaldring 38-40, D-70569 Stuttgart

Es werden ab - initio Pseudopotentialrechnungen der elektronischen Struktur von verspannten GaN / Al_1-xY_xN (Y = Ga, In) Übergittern mit mittlerer bis großer Periodenlänge ( ³ 30 Å) präsentiert. Unsere Rechnungen basieren auf der Dichtefunktionaltheorie im Rahmen der Lokalen Dichte Näherung (LDA). Neben Ergebnissen in denen die Gallium und Indium d - semicore Zustände mit Hilfe der nonlinear core correction (NLCC) behandelt werden, sind ausführliche Rechnungen mit den semicore d - Elektronen in der Valenz durchgeführt worden. Die Bandzustände im Bereich des fundamentalen Gaps werden durch ihre ortsaufgelösten Ladungsdichten charakterisiert. Um die prinzipielle Unterschätzung der Bandlücken in DFT-LDA Ansätzen bei der Bestimmung der Valenzbandoffsets zu korrigieren, wurde ein simplifiziertes GW - Verfahren eingesetzt.

Photostromuntersuchungen an InAs-Monolagen im GaAs

•H. Schmidt, R. Pickenhain und V. Gottschalch
Fak. für Physik und Chemie, Universität Leipzig, Linnéstr. 5 , 04103 Leipzig

Es wurden GaAs MOVPE Proben, welche zwei 0.5 bzw 1 Monolagen (ML) InAs enthalten, auf 2^° (011) Substraten gezüchtet. Dabei wurde der Abstand der Monolagen zueinander von 40 nm bis zu 0 nm variiert. Die Absorptionsbanden E_ML dieser Doppelschichten wurde mittels Photostrommessungen bei 4 K untersucht, wobei die Raumladungszone durch Aufbringen von Au-Schottkykontakten, 30 nm über den Monolagen, hergestellt wurde. Mit Anlegen einer Sperrspannung an den Schottkykontakt konnte ferner die Feldstärkeabhängigkeit dieser energetischen Lage der Absorptionsbanden E_ML([E\vec]) bestimmt werden. Für die 0.5 ML Schichten mit 40 nm Abstand sinkt E_ML([E\vec]) mit wachsender Feldstärke [E\vec]. Es zeigt sich, daß erst unterhalb von 11 nm Wechselwirkungen zwischen den Monolagen auftreten, die zu einer Verschiebung der Absorptionsbanden E_ML führen. Insbesondere ändert sich dann die Abhängigkeit von der Feldstärke signifikant. Die Absorptionsbanden verschieben sich hierbei mit wachsender Feldstärke zu höheren Energien. Zusätzlich treten bei den Proben mit zwei 1 ML bei Abständen kleiner als 4 nm neue Absorptionsbanden bei niedrigerer Energie auf. Diese zeigen eine geringe Feldstärkeabhängigkeit. Es wurden weiterhin Bandstrukturrechnungen der Doppelschichtanordnungen mittels Pseudopotentialmethode durchgeführt. Dabei fanden Superzellen mit bis zu 31 ML Verwendung. Die berechnete Bandstruktur und die Valenzelektronendichteverteilung werden in Zusammenhang mit den vorgestellten Messungen diskutiert.

Heteroepitaxie von Halbleitern auf passiviertem Silizium

•Hatto Schick, Lars Hansen, Andreas Waag und Gottfried Landwehr
Physikalisches Institut der Universität Würzburg; Am Hubland; 97074 Würzburg

Die Integration der Eigenschaften der III-V und II-VI-Halbleiter mit der Silizium Technologie eröffnet ein breites Feld für (preiswerte) optoelektronische Bauelemente. An der Grenzfläche zwischen dem HL und Si entstehen jedoch aufgrund elektronischer Unterschiede und der hohen Gitterfehlanpassungen im Bereich von einigen Prozent vermehrt Defekte, die sich durch das gesamte Bauelement hindurchziehen können. Wir stellen erste Ergebnisse zur elektronischen Passivierung der Silizium-Grenzfläche mittels Arsen und Stickstoff vor. Eine dünne BeTe-Pufferschicht auf dem Si-Substrat verringert aufgrund des hohen kovalenten Anteils der Be-Te-Bindung die Ausbreitung von Defekten in darauf mit Molekularstrahlepitaxie gewachsene Halbleiterschichten hinein. Trotz hoher Gitterfehlanpassung zwischen BeTe und Si können BeTe Rheed Oszillationen beim Wachstumsstart beobachtet werden. Ein Ziel dieser Untersuchungen ist die Präparation möglichst defektarmer CdTe-Schichten auf derart vorbehandelten Si-Substraten.

Resonantes Tunneln und Bistabilität in vertikalen Doppelbarrierenstrukturen

•J. Könemann¹, P. König¹, R.J. Haug¹, T. Schmidt², A. Förster³ und H. Lüth^3
2IBM T.J. Watson Research Center, Yorktown Heights
³Inst. f. Schicht- und Ionentechnik, FZ Jülich
¹Inst. f. Festkörperphysik, Universität Hannover

Wir haben an einer epitaktisch gewachsenen Doppelbarrieren-Hetero-Struktur mit asymmetrischen Tunnelbarrieren DC-Mesungen des resonanten Tunnelstroms vorgenommen. Unsere Probe besteht aus 5 bzw. 8 nm dicken AlGaAs-Tunnelbarrieren, die einen 10 nm dicken GaAs-Quantenwell einschließen und durch 7 nm große, undotierte Spacerlayer von den hochdotierten Zuleitungen (Si-Konz.: 4·10¹⁷ cm^-3) getrennt sind. Der geometrische Durchmesser unserer Probe beträgt 2mm, der effektive elektronische ca. 1.4 mm. Wir beobachten bistabiles Verhalten der Peak-Spannungen und Peak-Ströme für negativen Bias, d.h. für die Tunnel-Reihenfolge von der dünnen zur dicken Barriere. Unter Variation eines in Wachstums- und Stromrichtung angelegten Magnetfeldes zeigen die Peak-Ströme typische Magneto-Oszillationen, aus denen sich die biasabhängige Ladungsträgerakkumulation im Quanten-Well ermitteln läßt. Ebenso verändert sich der Spannungsbereich des bistabilen Verhaltens, und die Bistabilität der Peak-Ströme verschwindet bei höheren Magnetfeldern. Dies wird mit theoretischen Arbeiten verglichen. Weiter analysieren wir eingehend die Magnetfeldabhängigkeit der Valley-Ströme sowie des Peak-to-Valley-Verhältnisses.

Herstellung und Charakterisierung von MBE-gewachsenen MIS-Heterostrukturen mit epitaktischen Feldeffektelektroden

•H.-J. Klammer, D. Schmerek, I. Lohse, C. Heyn und W. Hansen
Institut für Angewandte Physik und Zentrum für Mikrostrukturforschung, Universität Hamburg, Jungiusstraße 11, D-20355 Hamburg

Wir berichten über modifizierte Metall-Isolator-Halbleiter- (MIS-) Heterostrukturen auf der Basis von GaAs/Al_xGa_1-xAs-Schichtsystemen, die mit Hilfe der Molekularstrahlepitaxie (MBE) präpariert werden. In den untersuchten MIS-Strukturen werden zweidimensionale Elektronensysteme mit starken Einschlußpotentialen in Wachstumsrichtung und abstimmbaren Besetzungsdichten durch Feldeffekt induziert. Aufgrund der räumlichen Separation von Donatoratomen und Elektronensystem durch eine Tunnelbarriere können beeinträchtigende Potentialfluktuationen durch Coulombzentren weitgehend vermieden werden. Dabei dienen hier eingewachsene, teilweise ex-situ-vorstrukturierte und danach überwachsene Si-dotierte n⁺-GaAs-Schichten als Rückelektrode zum Laden des Elektronensystems. Frontseitig werden erstmals separat kontaktierbare, heteroepitaktisch gewachsene n⁺-GaAs-Feldeffektelektroden zur Kontrolle der Elektronendichte eingesetzt, die das Problem störender Potentiale durch Oberflächen- beziehungsweise Grenzflächenladungen beseitigen. Wir präsentieren Charakterisierungsmessungen der elektronischen Eigenschaften unserer MIS-Strukturen mit Hilfe der Magnetokapazitätsspektroskopie bei T = 4.2K und Magnetfeldern bis zu 5.5 Tesla.

In-situ Ätzen und MBE Überwachsen zur Herstellung von GaAs-AlGaAs Quantendrähten

•C. Klein, S. Kramp, J. Lohse, Ch. Heyn, W. Hansen und D. Heitmann
Institut für Angewandte Physik und Zentrum für Mikrostrukturforschung, Jungiusstraße 11, 20355 Hamburg

In dem von uns verfolgten Verfahren werden Quantendrähte auf der Basis von GaAs-AlGaAs Heterostrukturen in-situ lateral strukturiert und ohne Brechen des Vakuums mittels MBE überwachsen.
Dadurch wird der Einfluß von Oberflächenzuständen an freien Oberflächen, die zu Verarmungszonen für Ladungsträger und zu nichtstrahlenden Rekombinationszentren für Exzitonen führen, stark vermindert.
Zentrale Bedeutung hat bei dem Verfahren ein CAIBE (chemical assisted ion beam etching) Prozeß, der in einer an eine Molekularstrahlepitaxieanlage adaptierten Prozeßkammer durchgeführt wird, und das darauf folgende Abscheiden epitaktischer Schichten auf die angeätzte Oberfläche. Die elektrischen Eigenschaften der überwachsenen Grenzflächen werden zum einen mit Kapazitäts-Spannungs-Messungen untersucht. Zum anderen werden 2DEGs an den Grenzflächen präpariert und deren Transporteigenschaften ermittelt. Darüber hinaus werden die elektrischen Eigenschaften von in-situ geätzten und überwachsenen Quantendrähten im Vergleich zu nicht überwachsenen Drähten präsentiert.

Selbstgenerierte Oszillationen in Halbleiterübergittern

•Haiko Steuer, Andreas Wacker und Eckehard Schöll
Institut für Theoretische Physik, Technische Universität Berlin, Sekr. PN 7-1, Hardenbergstr. 36, 10623 Berlin

In Halbleiterübergittern findet man in manchen Bereichen der Kennlinie zeitlich oszillierende Stromstärken. So wurde zum Beispiel in [1] eine Frequenz von 6 GHz gemessen. In Simulationen des Ladungstransports durch sequentielles Tunneln konnte diese Stromoszillation bisher noch nicht befriedigend erkärt werden. Durch Berücksichtigung von Schichtdickenfluktuationen und der Elektronenaufheizung ist es nun gelungen, die experimentellen Befunde gut wiederzugeben. Insbesondere können wir die Sprünge in der gemittelten Kennlinie erkären.

[1] K. Hofbeck et al. Phys. Lett. A 218,349 (1996)

Untersuchungen zur Abhängigkeit der effektiven Elektronenmasse in n-InGaAs/InP Quantenschichten von Ladungsträgerkonzentration und Temperatur

•F. Hitzel¹, D. Schneider¹, P. Boensch² und A. Schlachetzki^2
1Institut für Technische Physik und Hochmagnetfeldanlage, TU Braunschweig
²Institut für Halbleitertechnik, TU Braunschweig

Das Leitungsband des für optoelektronische Bauelemente wichtigen ternären Halbleiters In_0,53Ga_0,47As/InP ist stark nichtparapolisch. Deshalb sind die effektiven Elektronenmassen m^* von verschiedenen Parametern wie Schichtdicke, Temperatur T und Ladungsträgerkonzentration n ab"-hän"-gig, insbesondere im zweidimensionalen Elektronengas (2DEG) (siehe z.B. ¹).

Wir untersuchen die effektiven Elektronenmassen im 2DEG von sieben verschieden dotierten, mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie hergestellten InGaAs/InP-Mehrfachquantenschichten in Abhängigkeit von n und T. Die Bestimmung dieser Parameter erfolgt durch Messung und Auswertung von hochaufgelösten Schubnikow-de Haas-Oszillationen (bis zu 16 Quantenzahlen) und des Halleffekts bei jeweils 68 Temperaturen aus dem Bereich von T = 3 bis 30 K und in Magnetfeldern bis B = 9 T.

[1] D. Schneider, L. Elbrecht, J. Creutzburg, A. Schlachetzki, G. Zwinge, J. Appl. Phys. 77, 2828 (1995)

Subbandenergien eines zweidimensionalen Elektronengases (2DEG) einer n-GaAs/AlGaAs-Heterostruktur durch Messung des PPC-Effekts (Persistent-Photoconductivity)

•D. Lembke¹, D. Schneider¹ und O. P. Hansen^2
1Institut für Technische Physik und Hochmagnetfeldanlage, TU Braunschweig
²Niels Bohr Institut, Ørsted Laboratorium, Universität Kopenhagen

Zur Bestimmung der Temperaturabhängigkeit der effektiven Elektronenmasse eines 2DEG mit nichtparabolischem Bandverlauf benötigt man die energetische Lage des ersten Subbands. Da der PPC-Effekt bei tiefen Temperaturen nach kurzzeitiger Beleuchtung zu einer dauerhaften Erhöhung der Ladungsträgerkonzentration führt¹, eröffnet dies eine Mög-lichkeit, die Energie dieses Bandes zu ermitteln. Wir untersuchen die Beweglichkeit einer durch MBE hergestellten, modulationsdotierten n-GaAs/Al_0.3Ga_0.7As-Heterostruktur im Temperaturbereich von T = 1,5 bis 250K und in Magnetfeldern bis B = 4T. Die Ladungsträgerkonzentration n wird durch Beleuchtung schrittweise erhöht. Im 2DEG führt dies zu einer Verringerung der Streuung an geladenen Streuzentren bei konstanter Zentrenzahl. Erst bei Konzentrationen, die eine Besetzung des zweiten Subbands ermöglichen, kommt es durch die dann auftretende Interbandstreuung zum Absinken der Beweglichkeit. Mit Hilfe von theoretischen Beziehungen wird aus der ermittelten Konzentration die Lage des ersten Subbands bestimmt und die Korrektur zur kürzlich ermittelten Temperaturabhängigkeit² der effektiven Elektronenmasse ermittelt.

[1] P. M. Mooney, J. Appl. Phys. 67, R1 (1990)

[2] D. Schneider, Ch. Keilhack, S. Krull, O. P. Hansen, 24th Int. Conf. Jerusalem 1998, The Physics of Semiconductors,World Scientific, Singapore (in print)

Abhängigkeit der effektiven Zyklotronmasse eines zweidimensionalen Elektronengases (2DEG) einer n-GaAs/AlGaAs-Hetero-struktur von der Stärke und Richtung eines äußeren Magnetfeldes

•T. Klaffs¹, D. Schneider¹, K. Pierz² und F.-J. Ahlers^2
2Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig
¹Institut für Technische Physik und Hochmagnetfeldanlage, TU Braunschweig

Wirkt auf ein 2DEG ein äußeres Magnetfeld B mit starker paralleler Komponente zur Schichtebene ( 'in-plane'), so wird die ursprünglich kreisförmige Fermi-Kontur der Leitungselektronen eiförmig deformiert¹. Dies führt zu einer Erhöhung der effektiven Zyklotronmasse m_c^* in Abhän-gigkeit von der Magnetfeldstärke^1,2.

Diese Abhängigkeit wird an einer durch MBE hergestellten, modulationsdotierten GaAs/Al_0.3Ga_0.7As-Heterostruktur experimentell quantitativ untersucht. Dazu wurden Schubnikov-de Haas- und Magnetophonon-Resonanz-Messungen in den Temperaturbereichen T=1.5-4.2K, bzw. 60-300K in verschieden orientierten Magnetfeldern bis B=16T durchgeführt, ausgewertet und mit der Theorie verglichen. Die Ergebnisse erstrecken sich erstmals auch auf einen höheren Magnetfeldbereich oberhalb B=5T, in dem der Anstieg von m_c^* besonders stark ist.

[1] L. Smrcka and T. Jungwirth, J.Phys: Condens. Matter 6, 55 (1994)

[2] L. Smrcka, P. Vasek, J. Kolacek, T. Jungwirth and M. Cukr, Phys. Rev. B 51,18011 (1995)

Änderung der Elektronendichte in einem 2D-Elektronengas durch Anlegen einer Spannung: Nachweis mit inelastischer Lichtstreuung

•M. Danckwerts¹, A.R. Goñi¹, K. Eberl² und C. Thomsen^1
1Institut für Festkörperphysik, Technische Universität Berlin, Hardenbergstr. 36, 10623 Berlin
²Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Heisenbergstr. 1, 70569 Stuttgart

In einer modulationsdotierten GaAs/AlGaAs Einzelquantentopf-Struktur wurden kollektive Anregungen (Plasmonen, Ladungsträger- und Spindichteanregungen) des 2D-Elektronengases (2DEG) sowie dessen Einteilchenanregungen mit inelastischer Lichtstreuung nachgewiesen. Durch Anlegen einer Gatespannung zwischen einer aufgedampften Metallschicht und einem Rückkontakt konnte die Ladungstr\"gerdichte im 2DEG modifiziert werden. Dies macht sich in den inelastischen Lichtstreuspektren durch Verschiebung der Energien der elementaren Anregungen bemerkbar. Durch Vergleich dieser Werte mit solchen aus druckabhängigen Messungen, für die die Elektronendichte als Funktion des Druckes bestimmt worden ist, werden quantitative Aussagen über Variationen der Elektronendichte mit der Spannung gemacht.

Direkte ESR an zweidimensionalen Elektronengasen in den Systemen SiGe/Si und InAlAs/InGaAs

•C. Weinzierl¹, N. Nestle² und G. Denninger^1
12. Physikalisches Institut, Universität Stuttgart, Pfaffenwaldring 57, D-70550 Stuttgart
²Sektion Kernresonanzspektroskopie, Universität Ulm, Albert-Einstein-Allee 11, D-89069 Ulm

Niederdimensionale Elektronensysteme in Halbleitern (z.B. QW, Heterostrukturen) sind im Rahmen der magnetischen Resonanz bislang nur indirekt untersucht worden - die Systeme wurden optisch gepumpt, die Resonanz wurde optisch oder elektrisch nachgewiesen. Ein Vorteil der direkten ESR-Absorptionsmessung ist der quantitative Zugang zu Spinsuszeptibilität, Linienbreiten, Relaxationszeiten und die hohe Genauigkeit der g-Faktor-Bestimmung. Wir präsentieren temperaturabhängige Messungen der Elektronenspin-Relaxationszeiten T₁, T₂, der Elektron-g-Faktoren, der dynamischen Kernspin-Polarisation (DNP) sowie der Kernspin-Diffusion. Im System SiGe/Si sind die T₁-Zeiten vergleichsweise lang, wahrscheinlich bedingt durch die hohen Elektronen-Beweglichkeiten. Darüber hinaus werden in der ESR-Anlage Magnetooszillationen schon im Feldbereich um 1 T deutlich sichtbar und können zur kontaktlosen Bestimmung der Fermienergien ausgewertet werden.

Magneto-Oszillationen und Spin-Bahn-Wechselwirkung

•R. Winkler
Institut für Technische Physik III, Universität Erlangen-Nürnberg, Staudtstr. 7, 91058 Erlangen

Gemäß einem bekannten Theorem von Onsager zeigen Magneto-Oszillationen (MO's) die Fermi-Fläche beim Magnetfeld B = 0. Beispiele sind etwa die de Haas-van Alphen- und Shubnikov-de Haas-Oszillationen. Insbesondere werden die MO's benutzt, um die Spinaufspaltung der Subbandniveaus in inversionsasymmetrischen Quantentrögen zu untersuchen. Ich zeige, daß sich die MO's von solchen Systemen unter dem Einfluß der Spin-Bahn-Wechselwirkung deutlich anders verhalten können, als wie man es für die zwei bei B = 0 spinaufgespaltenen Zweige der Subbänder erwarten würde [1]. In exzellenter Übereinstimmung mit experimentellen Daten [2] erhält man in bestimmten Fällen nur eine Frequenz der MO's, obwohl das System bei B = 0 eine deutliche, Inversionsasymmetrie-induzierte Spinaufspaltung aufweist. In anderen Fällen erhält man bei der Fourier-Zerlegung der MO's eine komplizierte Multiplet-Struktur mit mehreren Peaks. Diese Resultate können nicht als Magnetic Breakdown gedeutet werden.

[1] R. Winkler, eingereicht bei Phys. Rev. Lett. (1998).

[2] J. P. Lu et al., Phys. Rev. Lett. 81, 1282 (1998).

Winkelabhängige Transportmessungen an InGaAs doppel- quantum-well Strukturen

•H. Frey¹, H.S. Fresser¹, F.E. Prins¹, D.A. Wharam¹, D.P. Kern¹, J. Böttcher² und H. Künzel^2
1Institut für Angewandte Physik, Universität Tübingen, Auf der Morgenstelle 10, 72076 Tübingen
²Heinrich-Hertz-Institut für Nachrichtentechnik, Einsteinufer 37, 10587 Berlin

Magnetotransportuntersuchungen an benachbarten zweidimensionalen Systemen bestehend aus zwei InGaAs quantum-wells, 9 nm und 7 nm, getrennt durch eine 4.5 nm InAlAs Barriere, gitterangepaßt auf InP, wurden durchgeführt. Dabei auftretende Schwebungen und Überlagerungen der Shubnikov-deHaas Oszillationen des Längswiderstandes und das gleichzeitige auftreten von zusätzlichen Strukturen in den Hall Messungen machen eine Zuordnung der verursachenden Niveaus schwierig, da neben der Landauaufspaltung eventuell auch Spinaufspaltung oder die Wechselwirkung zwischen den beiden quantum-wells eine Rolle spielen können. Durch winkelabhängige Magnetotransportmessungen wird hier eine Abgrenzung der beitragenden Effekte erreicht.

Energiespektrum von Halbleiter-Übergitterstrukturen in elektrischen und magnetischen Feldern

•H. Kümmel^1,2, R. Till^1,2 und A. Philipp^1,2
1Ludwig Boltzmann Institut für Festkörperphysik, A-1060 Wien
²Institut für Materialphysik der Universität Wien, A-1090 Wien

An einer stark gekoppelten GaAs/AlGaAs-Übergitterstruktur mit breiten Quantentöpfen wurden Photostrommessungen in E-und B- Felder parallel zur Wachstumsrichtung durchgeführt.
Für B=0 wurden die experimentellen Daten im Bereich der Anticrossings mit zwei verschiedenen exzitonischen Modellen , einer 1s-Variationsrechnung und einer Greensfunktionsmethode, verglichen. Dabei zeigte sich, daß für eine exakte Beschreibung die jeweiligen Anticrossings mit dem Kontinuum berücksichtigt werden muss.
Die durchgeführten magnetfeldabhängigen Messungen erlaubten Rückschlüße auf die räumliche Ausdehnung der Exzitonen die sich für 1s und Kontinuumszustände unterscheiden. Dabei konnten die, bei geringen elektrischen Feldern auftretenden Anticrossings zwischen Wannier-Stark-Zustände des gleichen Minibandes als 1s-Anticrossings nachgewiesen werden.

Strukturelle Charakterisierung von Heterostrukturgrenzflächen mit Cross-Sectional STM

•T.C.G. Reusch¹, M. Wenderoth¹, K.J. Engel¹, K. Sauthoff¹, R.G. Ulbrich¹, R. Winterhoff², F. Scholz², G. Schedelbeck³ und W. Wegscheider^3
14. Physikalisches Institut der Universität Göttingen, Bunsenstr. 13, 37073 Göttingen
²4. Physikalisches Institut der Universität Stuttgart
³Walter-Schottky-Institut München

Die Struktur der Grenzfläche von AlGaAs/GaAs Heterostrukuren wurde durch den Vergleich von Cross-Sectional STM Topographien und Simulationen charakterisiert. Mit Hilfe statistischer Analysemethoden, basierend auf Atomkarten der Aluminumverteilung in der Oberfläche, wurden unterschiedliche Proben untersucht.
1) Die MBE-gewachsene GaAs/AlGaAs-Grenzfläche zeichnet sich durch ihre strukurelle Perfektion im Rahmen der Analyse aus. Es wurden weder Wachstumsstufen, noch Konzentrationsgradienten oder Abweichungen von der binomialen Unordnung festgestellt.
2) Die MOVPE-gewachsene GaAs/AlGaAs-Grenzfläche zeigt Hinweise auf Clustering der Al-Atome auf einer nm-Skala. Diese interpretieren wir dahingehend, daß sich im Volumenmaterial beobachtete kurzreichweitige Ordnungsphänomene bis in den Bereich der Grenzfläche fortsetzen. Es zeigt sich, daß das Konzept der RMS-Rauhigkeit dieses Phänomen nicht berücksichtigt.
3) Auf verkippt aufgewachsenen MOVPE-Proben haben wir die Bildung von Superstufen beobachtet. Die Terrassen zwischen den Stufen zeigen eine geringere RMS-Rauhigkeit, was mit Abweichungen von der biniomialen Verteilung der Al-Atome zusammenhängt.

Spinaustausch zwischen Quantentopf und Donatorschicht in
Si/Si_1-xC_x

•H.-J. Kümmerer¹, C. Weinzierl¹, N. Nestle² und G. Denninger^1
12. Physikalisches Institut, Universität Stuttgart, Pfaffenwaldring 57, D-70550 Stuttgart
²Sektion Kernresonanzspektroskopie, Universität Ulm, Albert-Einstein-Allee 11, D-89069 Ulm

Bei ESR-Messungen im Standard-Frequenzbereich von 10 GHz wurde im wesentlichen eine einzige Absorptionslinie beobachtet, welche nur durch eine Analyse von I(T) in zwei Komponenten getrennt wurde[1]. Die 10-fach höhere Auflösung bei 94 GHz (W-Band) führt zu einer eindeutigen Separation in zwei Linien für Temperaturen unterhalb 20 K. Wir ordnen diese beiden Linien den Spinsystemen der Donatorelektronen bzw. der Elektronen im Quantentopf zu. Die g-Faktoren dieser beiden Systeme sind damit erstmals direkt zugänglich. Für höhere Temperaturen verringert sich systematisch der Linienabstand und oberhalb von 40 K verschmelzen beide Linien zu einer einzelnen. Die Temperaturabhängigkeit der Linienseparation erlaubt die Anpassung eines Modells, welches auf der Annahme eines schnellen Austausches der Magnetisierung beruht und die Austauschrate der Elektronenspins in Abhängigkeit der Temperatur ergibt.

[1] N. Nestle, G. Denninger, M. Vidal, C. Weinzierl, K. Brunner, K. Eberl, K. von Klitzing, Phys. Rev. B 56, R4359 (1997)

Untersuchung von phosphordotiertem Silizium mit Elektronspin-Kernspin-Doppelresonanz

•U. Fasol und E. Dormann
Physikalisches Institut und SFB195, Universität Karlsruhe(TH), D-76128 Karlsruhe

Überschreitet die Phosphorkonzentration in einem dotierten Siliziumkristall  N_c = 3.52 ·10¹⁸/cm³, so verhält sich das System metallisch. Unterhalb der kritischen Konzentration handelt es sich um einen Halbleiter. Die durch die Dotierung  „überschüssigen“  Elektronen sind an dem Metall-Isolatorübergang bzw. Metall-Halbleiterübergang wesentlich beteiligt, und die Veränderung ihrer Wellenfunktion wirkt sich auf die Hyperfeinwechselwirkung mit den Kernspins des Siliziums aus. So kann mit Hilfe von Elektronspin-Kernspin-Doppelresonanz das Verhalten der Wellenfunktion über den Phasenübergang hinweg beobachtet werden.
Es werden die resultierende Overhauserverschiebung und die longitudinalen Relaxationszeiten der daran beteiligten Siliziumkerne für Phosphorkonzentrationen zwischen N = 2.7·10¹⁸/cm³ und 7.3·10¹⁸/cm³ vorgestellt. Diese Ergebnisse werden im Rahmen eines Modelles interpretiert, das von einer wasserstoffähnlichen Wellenfunktion der Störstellenelektronen ausgeht und die Kristallstruktur berücksichtigt.

Das dreidimensionale Anderson-Modell der Lokalisierung mit nichtdiagonaler Unordnung

•P. Cain, R. A. Römer und M. Schreiber
Institut für Physik, Technische Universität, D-09107 Chemnitz

Wir untersuchen das dreidimensionale Anderson-Modell der Lokalisierung mit nichtdiagonaler Hüpfunordnung. Dafür verwenden wir die Transfer-Matrix-Methode zusammen mit der Skalenhypothese. Die zufällig gewählten Hüpfelemente t werden gleichverteilt aus dem Intervall [c-1/2,c+1/2] bestimmt. Wir finden, daß diese Unordnung nicht ausreicht, um alle Zustände des Spektrums zu lokalisieren. Wir ermitteln die Mobilitätskante E_c und berechnen die kritischen Parameter von Metall-Isolator-Übergängen als Funktion der Potentialunordnung W sowie der Fermienergie E. Die erhaltenen kritischen Exponenten stimmen im Rahmen der numerischen Genauigkeit mit denen des Anderson-Modells mit ausschließlich potentialenergetischer Unordnung [1] überein. Wir zeigen damit, daß unser Modell der gleichen Universalitätsklasse [2] angehört.

[1] A. MacKinnon, J.Phys.: Condens. Matter 6, 2511 (1994)

[2] K. Slevin and T. Ohtsuki, Phys. Rev. Lett. 78, 4083 (1997)

Metall-Isolator-Übergang im Anderson-Modell der Lokalisierung mit anisotropen Hüpfmatrixelementen

•F. Milde, R. A. Römer und M. Schreiber
Institut für Physik, Technische Universität, D-09107 Chemnitz

Transfer-Matrix-Methode (TMM) [1] und Multifraktalanalyse der Eigenfunktionen [2] zeigen die Existenz eines Metall-Isolator-Übergangs (MIÜ) im anisotropen Anderson-Modell, selbst bei starker Anisotropie. Dabei werden sowohl schwach gekoppelte Ebenen, als auch schwach gekoppelte Ketten untersucht.

Zur weiteren Charakterisierung dieses MIÜ nutzen wir Methoden der Eigenwertstatistik. Wie im isotropen Fall [3] finden wir einen Übergang der Verteilung der Abstände benachbarter Eigenwerte von der des Gaussschen orthogonalen Ensembles auf der metallischen Seite zur Poissonverteilung auf der lokalisierten Seite. Die mit finite-size-scaling Analysen der D₃-Statistik bestimmten kritischen Unordnungen stimmen gut mit den Resultaten der anderen Methoden überein. Die statistischen Eigenschaften des Spektrums am MIT unterscheiden sich jedoch von denen des isotropen Grenzfalles.

Eigene TMM-Rechnungen bestätigen die Resultate. Die bei sehr starker Anisotropie auftretenden Anzeichen einer richtungsabhängigen kritischen Unordnung können als finite-size Effekte erklärt werden, die in ausreichend großen Systemen verschwinden.

[1] I. Zambetaki, Qiming Li, E. N. Economou und C. M. Soukoulis, Phys. Rev. Lett. 76, 3614 (1996)

[2] F. Milde, R. A. Römer und M. Schreiber, Phys. Rev. B 55, 9463 (1997)

[3] E. Hofstetter und M. Schreiber, Phys. Rev. B 49, 14726 (1994)

Metall-Isolator Übergang im System Si:P: Elektron-Kern Doppelresonanz am Phosphor

•M. Vidal und G. Denninger
2. Physikalisches Institut, Universität Stuttgart, Pfaffenwaldring 57, D-70550 Stuttgart

Donatorelektronen in n-Halbleitern sind der Elektronen Spin Resonanz-Spektroskopie (ESR) zugänglich. In hochdotierten Halbleitern sind die Spektren allerdings austauschverschmälert. Eine Untersuchung sowohl der Donatorkerne als auch deren Wechselwirkung mit dem Elektronensystem mit Hilfe der Standard-ESR oder der Elektron-Kern Doppelresonanztechnik ENDOR ist daher nicht möglich.

Speziell für die Untersuchung des Metall-Isolator Übergangs in solchen Systemen leistet die Magnetische Resonanz aber wichtige Beiträge. Aus diesem Grund gibt es in der Literatur zahlreiche Beispiele aus der NMR (Nuclear Magnetic Resonance), die sich mit der Untersuchung der Zentralkerne der Donatoren befassen [1].

Es werden erstmals Messungen des Phosphorkerns in Si:P am Metall-Isolator-Übergang mit Hilfe der Overhauser-Technik vorgestellt. Die Spektren zeigen eine Verteilung der Paramagnetischen Verschiebung, die sich über die dynamische Kernspinpolarisation (DNP) beeinflussen läßt. Die Doppelresonanztechnik erlaubt einen direkteren Zugang zur Kopplung der Kerne an die Elektronen als die einfache NMR oder die ESR.

[1] H. Alloul and P. Dellouve, Phys. Rev. Lett. 59, 578 (1987)

Elektronische Transporteigenschaften von amorphen und polykristallinen Bi-Sb-Legierungsschichten

•J. Barzola-Quiquia, C. Lauinger und P. Häussler
Institut für Physik, Technische Universität D-09107 Chemn= itz

Bi_xSb_1-x-Einkristalle mit rhomboedrischer Struktur weisen im Konzentrationsbereich 0.78 < x < 0.93 eine schmale Lücke in der elektronischen Zustandsdichte auf. Die Breite des Gaps ist maximal bei x » 0.85 und beträgt dort ca. 30 meV (bei T = 3D 0)= =2E In den Bereichen x < 0.78 und x > 0.93 zeigen die Kristalle halbmetallisches Verhalten.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der Thermokraft S und der elektrischen Leitfähigkeit s von Bi-Sb-Legierungsschichten bei Änderung der Bi-Konzentration und der atomaren Struktur. Dazu werden die Schichten bei Helium-Temperatur durch sequentielles Flash-Verdampfen im Hochvakuum (p » 10^-8 mbar) hergestellt. Unmittelbar nach der abschreckenden Kondensation sind sie amorph. S und s zeigen im Bereich x < 0.2 starke Konzentrationsabhängigkeiten aufgrund eines Metall-Isolator-Übergangs vom Anderson-Typ, mit einer kritischen Konzentration x_c » 0.15. Eine wesentlich stärkere Abhängigkeit von S finden wir aber in dem Konzentrationsbereich, in dem im kristallinen Zustand das Gap existiert. Hier skaliert der Absolutbetrag von S mit der Gap-Breite. Wir führen dies auf bereits unmittelbar nach der Kondensation vorhandene geringe mikrokristalline Anteile zurück.

Nach Tempern der Schichten bei 350 K (nun polykristallin und texturiert, c-Achse senkrecht zur Substrat-Oberfl=84che orientiert) hat sich das Verhalten von S im Gap-Bereich überraschenderweise nur geringfügig verändert. Unsere Ergebnisse werden mit verschiedenen theoretischen Arbeiten zu Metall-Isolator-Übergängen verglichen.

Charakterisierung und Modifikation von thermisch aufgedampften SiO_x-Dünnschichten auf Si Substraten

•U. Kahler und H. Hofmeister
MPI für Mikrostrukturphysik, D-06120 Halle

Durch Sublimation von kommerziell erhältlichem SiO-Granulat im Hochvakuum wurden dünne SiO_x Schichten auf (100) Si-Wafern abgeschieden. Der Sauerstoffgehalt des SiO_x (0 < x < 2) hängt stark vom Vakuum und der Aufdampfrate ab. Bei nachfolgender Temperaturbehandlung in sauerstofffreier Umgebung erfolgt eine Phasenseparation unter Bildung von Si-Nanopartikeln in einer SiO₂-Umgebung. Dies wurde mittels IR-Spektroskopie und HRTEM-Untersuchungen beobachtet. An den enstandenen Nanopartikeln wurden Photolumineszensmessungen vorgenommen. Die Mikrorauhigkeit der Oberfläche wurde mit AFM untersucht. Um die Schichten gegen Umwelteinflüsse und Anreicherung von Wasser zu schützen, ist es bei entsprechender Oberflächenbeschaffenheit möglich durch Waferbonden vergrabene SiO_x-Schichten herzustellen.

Zwei-Photonen-Spektroskopie an SnO₂ unter hydrostatischem Druck

•C. Schweitzer, M. Steube und K. Reimann
Institut für Physik, Universität Dortmund, 44221 Dortmund

Der Rutil-Halbleiter Zinnoxid SnO₂ hat großes Interesse in der Anwendung (Gassensoren, transparente Elektroden) wie auch in der Grundlagenforschung gefunden. Über 2000 Veröffentlichungen in den letzten fünf Jahren wurden zu diesem Halbleiter verfaßt. Dennoch ist nur wenig über die elektronischen Eigenschaften und deren Abhängigkeit von äußeren Störungen bekannt. Wir haben deshalb die Druckabhängigkeit der Exzitonen in Zinnoxid untersucht. Da die Rutilstruktur inversionssymmetrisch ist, sind Übergänge gerader Parität zum untersten Leitungsband dipolverboten. Zweiphotonenprozesse sind hingegen erlaubt. Aus diesem Grund benutzten wir die Zweiphotonenabsorption, die schon bei der Untersuchung der Bandstruktur ohne Störung mit Erfolg angewendet worden war [1]. Für jeden Druckpunkt konnten mindestens zwei Exzitonen beobachtet werden. Hieraus ergibt sich die druckinduzierte Verschiebung der Bandkante zu (58,9 ± 0,2) meV/GPa und die Änderung der Exzitonbindungsenergie zu (0,71 ± 0,04) meV/GPa.

[1] K. Reimann and M. Steube, Solid State Commun. 105, 649 (1998)

Elektronische und optische Eigenschaften von geschmolzenem Silizium - Berechnung ohne Molekulardynamik

•M.S.K. Fuchs
Institut für Technische Physik, DLR Stuttgart, Pfaffenwaldring 38-40, D-70569 Stuttgart

Die Kenntnis der optischen Eigenschaften des Siliziums im geschmolzenen Zustand ist wichtig zur Optimierung von Lasermaterialbearbeitungsprozessen. Dort spielt vor allem das Absorptionsverhalten eine große Rolle. Auch zur Beobachtung von schnellen Phasenübergängen bei Femtosekunden-Laserpulsen müssen die optischen Konstanten sowohl im festen als auch im (metallischen) geschmolzenen Silizium bekannt sein.

Hier werden die elektronische Zustandsdichte und die darauf beruhenden optischen Eigenschaften des flüssigen Siliziums berechnet. Da einerseits die üblichen Methoden der Festkörperphysik für ungeordnete Systeme im allgemeinen nicht mehr anwendbar sind und andererseits Molekulardynamik-Simulationen sehr rechenzeitintensiv sind, wird hier ein Verfahren benutzt, das bei gegebener Paarverteilungsfunktion direkt gemittelte (effektive) Größen bestimmt. Da die zugrundeliegende LCAO-Basis mindestens auch p-Orbitale enthält, muß die Winkelabhängigkeit der Tight-Binding-Funktionen (z.B. Hamiltonmatrixelemente) berücksichtigt werden, über die nachträglich gemittelt werden kann.

Theorie exzitonischer Auswahlregeln für die nahfeldoptische Anregung von Halbleiternanostrukturen

•A. von der Heydt, A. Knorr, B. Hanewinkel und S.W. Koch
Philipps-Universität Marburg, Renthof 5, 35032 Marburg

Die optische Nahfeldantwort eines dreidimensionalen Systems bestehend aus einer Apertur mit Durchmesser im Subwellenlängenbereich und einem Halbleiter-Quantenfilm wird untersucht. Dazu werden Maxwell- und exzitonische Materialgleichungen selbstkonsistent mithilfe einer speziellen „ Finite-Differenzen“-Methode (FDTD) numerisch gelöst. Typische Beispiele für die Modifizierung von exzitonischen Auswahlregeln sind die Überhöhung des Dipolübergangs von leichten im Verhältnis zu schweren Löchern in GaAs-Quantenfilmen und die Verstärkung des Quadrupol-Übergangs in dipolverbotenen Materialien. Die Änderung der Nahfeldverteilung in einem Material mit hohem Brechungsindex, in das der Quantenfilm eingebettet ist (Barrierenmaterial), hat ebenfalls entscheidenden Einfluß auf die Auswahlregeln.

Vierwellenmischsignale ungeordneter Halbleiter mit Berücksichtigung von Coulomb-Korrelationen

•S. Weiser, T. Meier, P. Thomas und S. W. Koch
Fachbereich Physik, Philipps-Universität, Renthof 5, D-35032 Marburg

In einem eindimensionalen Modell werden theoretisch die Vierwellenmischsignale unter Berücksichtigung von Coulomb-Korrelationen berechnet. Das Modell berücksichtigt diagonale Unordnung durch Vorgabe verschiedener Energie-Verteilungen und anschließender Mittelung. Die Veränderungen des Signals, anteilig des Coulomb- und Phasenraum-Beitrags, werden als Funktion der Unordnungsamplitude studiert. Desweiteren wird die Abhängigkeit der Signale von den Polarisationen der Anregungspulse analysiert. Es wird das Auftreten von Quantenschwebungen und das Dephasieren der Signale untersucht.

Optical properties of ZnSe/ZnMgSSe single quantum wells

•C. Rudamas^1,2, U. Neukirch^1,3 und J. Gutowski^1
1Institut für Festkörperphysik, Universität Bremen, P.O. Box 330440, 28334 Bremen
²present address: Departamento de Física Aplicada, Universidad de Valencia, C./ Dr. Moliner 50, 46100 Burjassot (Valencia), Spain
³present address: Lawrence Berkeley National Laboratory, Materials Sciences Division, MS 2-346, 1 Cyclotron Road, Berkeley, CA 94720, USA

Exciton-related photoluminescence of ZnSe/Zn_1-yMg_yS_xSe_1-x single quantum wells grown by molecular beam epitaxy has been studied by means of optical spectroscopy. The well thickness of the samples are 5, 10 and 20 nm and the Mg and S contents of the barriers amount to 0.22 and 0.16, respectively. Photoluminescence (PL) and reflection spectra obtained at 2 K allow the identification of the heavy (HH) and light hole (LH) exciton resonances. A two-oscillator polariton model is succesfully used for the theoretical description of the reflection spectra. Quantization of the polariton wave vector within the ZnSe well leads to allowed propagating modes, which are clearly resolved experimentally.
Up to the fifth quantum state of the HH exciton resonance could be observed in the thickest sample by photoluminescence excitation (PLE) measurements, which are also in agreement with the results of the polariton model.
The exciton binding energies, the band offsets and the energy position of the 2s-HH resonance are obtained using an analytical model calculation developed in a fractional-dimensional space.
Temperature and excitation dependent PL, together with the above described measurements, show that a peak on the low energy side of the HH resonance could be attributed to a negatively charged exciton.

Polaronische Exzitonen in organischen Mischkristallen

•F.X. Bronold
Institut für Theoretische Physik, Otto-von-Guericke Universität Magdeburg, Universitätsplatz 2, D-39016 Magdeburg

Wir benutzen eine verallgemeinerte Form der dynamischen CPA, um das subtile Wechselspiel von elastischer Exziton-Störstellen Streuung und inelastischer Exziton-Phonon Streuung, wie es zum Beispiel in organischen Mischkristallen auftritt, nicht-störungstheoretisch zu untersuchen. Als einfachstes Modell für einen organischen Mischkristall verwenden wir ein Tight-Binding Modell mit lokaler Kopplung an dispersionslose Einstein-Oszillatoren und binärer AB Unordnung für die Exzitonplatz- energien. Im Rahmen dieses ``Legierungsmodells'' berechnen wir dann als Funktion der Modellparameter die exzitonische Zustandsdichte, die Exzitonlebensdauer und die optische Absorption. Insbesondere sind wir am Übergang von quasi-freien Exzitonen bei schwacher Exziton-Phonon Kopplung zu polaronischen Exzitonen bei mittlerer bis starker Exziton-Phonon Kopplung interessiert. Um die Bildung von polaronischen Exzitonen in einer statisch ungeordneten Umgebung besser charakterisieren zu können, berechnen wir ferner den lokalen Anteil des Diffusionspropagators und diskutieren mögliche Anzeichen von Lokalisierungstendenzen des polaronischen Exzitons.

Spinabhängige Excitonenwechselwirkung von gekoppelten Quantentöpfen in elektrischen Feldern

•M. Jetter^1,2, G. Aichmayr¹, L. Viña¹, J. Fernandez-Rossier³ und E.E. Mendez^4
2Universität Stuttgart
³Dpto. Fisica Teorica Materia Condensada, Universidad Autonoma, E-28049 Madrid, SPAIN
⁴Dpt. of Physics, SUNY at Stony Brook, N.Y. 11794-3800, USA
¹Dpto. Fisica de Materiales, Universidad Autonoma, E-28049 Madrid, SPAIN

Optisch gepumpte, zeitaufgelöste Messungen an GaAs Quantenfilmen haben eine spinabhängige Exciton-Exciton Wechselwirkung gezeigt, welche sich in einer Aufspaltung zwischen ßpin-up"- (Majoritäts-) und ßpin-down"- (Minoritäts-) Excitonen bemerkbar macht. Es wurde gezeigt, daßs die Aufspaltung stark von der Excitonendichte abhängt und dem zeitlichen Verlauf der Polarisation der Lumineszenz folgt. Wir haben den Einflußs eines externen elektrischen Feldes auf die Grösse der Aufspaltung an einer, in einem p-i-n Übergang eingebetteten, Doppelquantentopfstrucktur untersucht. Die Probe wurde mit zirkular polarisierten Pulsen (2 ps) eines Ti:Sa - Lasers angeregt und die Emmission polarisations- und zeitaufgelöst mittels eines üp-conversion" Meßsverfahrens gemessen. Wir finden in Übereinstimmung mit den theoretischen Vorhersagen eine Abnahme der Aufspaltung mit wachsender elektrischer Feldstärke, die auf die Abnahme der Vertex Korrektur der zwischenexcitonischen Wechselwirkung mit wachsendem Elektron - Loch Abstand zurückgeführt werden kann. Für elektrische Felder ab   25 kV/cm lässt sich keine Aufspaltung mehr beobachten.

Optical constants of nearly-disordered Al_xGa_1-xInP (0 < x < 1)

•Gunnar Leibiger¹, Mathias Schubert¹, Bernd Rheinländer¹, Ines Pietzonka² und Volker Gottschalch^2
1Fakultät für Physik und Geowissenschaften, Halbleiterphysik, Linnestraße 5, D-04103 Leipzig
²Fakultät für Chemie und Mineralogie, Halbleiterchemie, Linnestraße 3, D-04103 Leipzig

We report the determination of the complex dielectric function

and critical point energies of nearly-disordered Al_xGa_1-xInP

over the full range of composition x, and for photon energies

from 0.75 eV to 5 eV by variable angle of incidence spectroscopic

ellipsometry (VASE). The MOVPE-grown samples were analyzed by

TEM and generalized VASE to confirm their almost disordered

state. We use the one-electron interband-transition model with

Gaussian-broadening and excitonic contributions for succesful

parameterization of the dielectric function near the E₀-,

E₁-, and E₂-type critical point transitions. We

obtain excellent agreement with our measured data, especially

within the near-band-gap spectral range. Our results are

compared to previous reports from other authors.

Berechnung lokalisierter Biexzitonzustände in Quantendrähten

•A. Esser, E. Runge und R. Zimmermann
Institut für Physik der Humboldt-Universität zu Berlin, AG Halbleitertheorie, Hausvogteiplatz 5-7, 10117 Berlin

Die Lokalisierung von Exzitonen in einer rauhigkeitsbedingten Potential-Landschaft wurde durch Lumineszenz- und Anregungsspektroskopie nachgewiesen. Bei mittleren Anregungsdichten werden exzitonische Korrelationen (Biexzitonen) relevant, wenn mehrere Exzitonen versuchen, ein und dieselbe oder benachbarte Potentialmulden zu besetzen. Experimentell wurde diese biexzitonische Lokalisation in II-VI Quantengräben
(ZnCdSe) durch magneto-optische Methoden nachgewiesen [1].

Mittels Quanten-Monte-Carlo-Rechnungen bestimmen wir lokalisierte exzitonische und biexzitonische Zustände in Quantengräben und Quantendrähten und diskutieren den Einfluß verschiedener Lokalisationspotentiale auf die Bindungs- und Lokalisationsenergien.

[1] J. Puls, H.-J. Wünsche, F. Henneberger, Chem. Phys. 210 (1996), 235.

Optische Anisotropie von geordnetem Ga_0.52In_0.48P unter Hochanregung

•U. Dörr, J. Schuler und H. Kalt
Institut für Angewandte Physik, Universität Karlsruhe, 76128 Karlsruhe

Unter bestimmten Wachstumsbedingungen bildet sich in MOVPE-gewachsenem Ga_0.52In_0.48P die CuPt_B-Ordnung aus. Die damit einhergehende Symmetrieverminderung bewirkt eine Valenzbandaufspaltung und eine Anisotropie der optischen Übergänge. Zusätzlich dazu sind die optischen Eigenschaften stark von Lokalisierungseffekten geprägt. Dies liegt einerseits an der Legierungsunordnung im Mischkristall, die auch bei ungeordnetem Material vorliegt. Andererseits impliziert die domänenartige Mikrostruktur des geordneten Materials zusätzliche Potentialfluktuationen aufgrund des räumlich variierenden Ordnungsgrades. Bei sehr hohen Anregungsintensitäten im Bereich von einigen MW/cm² verlieren tief lokalisierte Zustände aufgrund von Auffülleffekten ihren Einfluß auf die optischen Eigenschaften. In diesem Fall tritt bandkantennahe Lumineszenz in den Vordergrund. Wir untersuchen die Emission in Rückstreugeometrie sowie die Kantenemission bei strichförmiger Anregung parallel zu den natürlichen Bruchkanten des Materials. Die spektrale Lage und die Polarisation der Emission wird im Hinblick auf Auswahlregeln, Orientierung des dielektrischen Tensors und Einfluß von Auffülleffekten diskutiert.

Selektive kohärente Spektroskopie - Eine neue Methode zur Untersuchung kohärenter Kopplung von Exziton-Niveaus

•E. Finger, A. Euteneuer, M. Hofmann, W. W. Rühle, W. Stolz, T. Meier, P. Thomas und S. W. Koch
Fachbereich Physik und Wissenschaftliches Zentrum für Materialwissenschaften, Philipps-Universität, D-35032 Marburg

Mit der hier vorgestellten Methode des teilweise entarteten Vierwellenmischens wird es möglich, die kohärente Kopplung zwischen exzitonischen Übergängen in Quantenfilmen direkt zu untersuchen.

Das teilweise entartete Vierwellenmischexperiment wird mit einem spektral schmalen ([^ = ] 3ps) und einem spektral breiten ([^ = ] 100fs) Laserpuls durchgeführt. Die Zentralwellenlänge des 3ps-Pulses kann mit einem Pulseformer über den gesamten Spektralbereich des 100fs-Pulses variiert werden,so daß der interessierende Spektralbereich um eine Exitonresonanz und ihr Kontinuum abgetastet werden kann.

Da exzitonische Kopplungen wie z.B. Schwerloch-Leichtloch- oder Exziton-Kontinuum-Kopplung leicht mit dieser Methode identifizierbar sind, können insbesondere die Eigenschaften inhomogen verbreiterter Systeme untersucht werden. Die Interpretation unserer Ergebnisse stützt sich auf theoretische Modellrechnungen für eindimensionale Systeme unter der Berücksichtigung aller exzitonischen Korrelationen.

Nanokristalline oxidische Leuchtstoffe: Synthese und optische Eigenschaften

•A. Konrad¹, T. Fries², A. Gahn², F. Kummer³, U. Herr¹, R. Tidecks¹ und K. Samwer^1
3OSRAM GmbH, Hellabrunner Str.1, 81536 München
¹Universität Augsburg, Experimentalphysik I, Universitätsstrasse 1, 86135 Augsburg
²OSRAM GmbH, Mittelstetter Weg 2, Schwabmünchen

In den letzten Jahren ist das Interesse an nanokristallinen Materialien wegen ihrer von der Teilchengröß e abhängenden physikalischen Eigenschaften enorm gestiegen. Zur Darstellung von oxidischen Materialien wurden viele unterschiedliche Methoden wie z.B. Edelgas-Kondensation, Sol-Gel-Synthese oder chemische Gasphasensynthese berichtet.

Wir stellten unsere Proben mittels einer chemischen Gasphasensynthese dar und berichten über die Synthese von nanokristallinem Yttrium-Oxid und der Dotierung mit unterschiedlichen seltenen Erden. Die Proben wurden mittels Röntgenbeugung, Transmissions-Elektronen-Mikroskopie und UV-Spektroskopie charakterisiert. Nanokristallines undotiertes Y₂O₃ zeigt im Vergleich zum Bulkmaterial eine um 10 nm zu kürzeren Wellenlängen verschobene Absorptionskante und deutlich geänderte Absorptionseigenschaften. Die spektroskopischen Untersuchungen des mit unterschiedlichen seltenen Erden dotierten Yttrium-Oxids bestätigen den Einbau des Dopanden in das Wirtsgitter. Die Lumineszenzeigenschaften der Proben werden diskutiert und mit den Bulkeigenschaften verglichen.

Neuartige Transducer-Strukturen für akusto-optische Experimente auf GaAs-Heterostrukturen

•F. Beil, M. Streibl und A. Wixforth
Sektion Physik und Center for Nanoscience, LMU München, Geschwister-Scholl-Platz 1, D-80539 München, Germany

Piezoelektrische Felder, die eine akustische Oberflächenwelle (SAW) auf GaAs begleiten, bieten die Möglichkeit die Transport- und optischen Eigenschaften von Halbleiter-Heterostrukturen zu manipulieren und zu untersuchen. Aufgrund der kleinen akustoelektrischen Kopplungskonstante von GaAs ist es allerdings notwendig mit geeignetem Interdigitalwandler-Design die Leistungsdichte der erzeugten Oberflächenwelle zu erhöhen. Wir präsentieren Entwürfe und Messungen an fokusierenden Schallwandlern, die die akustische Leistung in einem Punkt der Probe konzentrieren sollen. Wir stellen die Möglichkeit vor, mit sog. Tapered-Transducern einerseits die Bandbreite der üblicherweise extrem schmalbandigen Schallwandler auf GaAs zu erhöhen und andererseits eine laterale Ortsauflösung durch die Verschiebung des akustischen Schallpfades mit Variation der Frequenz zu erreichen. Besonderes Augenmerk soll auch auf die Impedanzanpassung der verwendeten Transducer-Strukturen gelegt werden um eine möglichst effiziente Ausnutzung der verfügbaren HF-Leistung zu erreichen.

Beeinflussung der optischen Eigenschaften von AlGaAs/GaAs - Quantentöpfen durch ionenstrahlunterstützte Diffusion

•Cedrik Meier, Soheyla Eshlaghi und Andreas D. Wieck
Lehrstuhl für Angewandte Festkörperphysik, Ruhr-Universität-Bochum, Universitätsstrasse 150, 44801 Bochum

Die optischen Eigenschaften von Quantentopf-Heterostrukturen werden maßgeblich durch die Subbandenergieniveaus bestimmt. Wichtige Parameter

für die Lage der Subbänder sind neben Barrierenhöhe auch Breite und Form des Potentialtopfes V(z). In Al_xGa_1-xAs/GaAs-Systemen kann die Diffusion von Aluminium aus der umgebenden Barriere in den GaAs-Quantentopf aufgrund der unterschiedlichen Energielücken zu einer Verformung des abrupten Potentialüberganges führen. Daraus folgt eine Verschiebung der Subbandniveaus und damit eine Modifikation der optischen Eigenschaften des Schichtsystems. Es wird gezeigt, daß durch Implantation von fokussierten Ga⁺-Ionen und nachfolgendem thermischen Ausheilschritt die Diffusionskonstante lokal um bis zu 3 Größenordnungen erhöht werden kann. Dies wird durch Photolumineszenz-Messungen bei tiefen Temperaturen unter Zuhilfenahme

eines theoretischen Modells bestätigt. Es ist beabsichtigt, diese Technik zur Herstellung von optisch aktiven Quantendrähten einzusetzen.
Eine von uns (S. E.) wurde freundlicherweise durch das Graduiertenkolleg 50 „ Festkörperspektroskopie“ an der Universität Dortmund unterstützt.

Optical characterisation of PTCDA films grown on Si substrates

•G. Salvan¹, A.Yu. Kobitzky², M. Friedrich³, M. Schumann³, T.U. Kampen³ und D.R.T. Zahn^3
1Babes-Bolyai University, Cluj-Napoca, Romania
²Novosibirsk State University, Russia
³Institut für Physik, Technische Universität, D-09107 Chemnitz

3,4,9,10-Perylenetetracarboxylic dianhydride (PTCDA) was deposited using organic molecular beam deposition (OMBD) onto hydrogen passivated Si(111). The growth of the PTCDA films was monitored in situ and online by means of Raman and photoluminescence spectroscopy in spectral ranges of 1200-1700 cm^-1 and 500-1000 nm, respectively. In addition, IR reflectance and transmittance spectra were recorded in order to observe the non-Raman active modes. Raman and IR spectra reveal molecular vibrational modes, allowing us to characterise the quality of the PTCDA films and the interaction with the substrate. The experimentally determined frequencies are in excellent agreement with values calculated using tight-binding density functional theory. The peak splitting in the C=O modes around 1770 cm^-1 is due to a dipole-dipole interaction between neighbouring PTCDA molecules. This may be attributed to two different orientations of PTCDA molecules, perpendicular to each other. A broad photoluminescence band below the LUMO-HOMO gap at around 710 nm was observed.

Bandstruktur und dielektrische Funktion von AgBr

•Marc Amkreutz, Uwe Gerstmann und Harald Overhof
Fachbereich Theoretische Physik, Universität GH Paderborn

Silberhalogenide werden zur Zeit als photographische Materialien, als Elektrolyte

und in der Halbleiterindustrie als Flüssigkristalle verwendet. Ihre Wechselwirkung

mit eingestrahltem Licht spielt dabei eine wichtige Rolle und kann mit Hilfe der

komplexen dielektrischen Funktion beschrieben werden.

Wir haben mit Hilfe der Linear-Muffin-Tin-Orbital Methode gekoppelt mit der sogenannten

Atomic Spheres Approximation (LMTO-ASA) die Bandstruktur der Silberhalogenide im

selbstkonsistenten Zyklus ab initio berechnet.

Aus der Kenntnis dieser Bandstruktur wurde einzig und allein unter Berücksichtigung

direkter Übergänge im Halbleiter die frequenzabhängige Absorption bestimmt.

Mit Hilfe der Kramers-Kronig-Relationen erhält man dann die Dispersion.

Zudem wurden der Brechungsindex, der Extinktionskoeffizient und die

Energieverlustfunktion berechnet.

Es zeigt sich, daß dieses relativ einfache Modell die optischen Eigenschaften

schon recht gut charakterisiert.

Absorption und Dispersion von ZnTe und CdTe im Ferninfrarot Bereich bestimmt mittels THz-Spektroskopie

•Markus Walther, Michael Schall und Hanspeter Helm
Universität Freiburg, Fakultät für Physik, Hermann-Herder-Strasse 3, 79104 Freiburg

Mit Hilfe der Terahertz Time-Domain Spectroscopy untersuchen

wir die temperaturabhängigen optischen

Eigenschaften von ZnTe und CdSe

im Ferninfrarot (FIR) im Bereich zwischen 3cm^-1 und 60cm^-1.

Die relativ neue Spektroskopiermethode ermöglicht die gleichzeitige

Messung der frequenzabhängigen Absorption und Dispersion von Halbleitern

ohne dabei die Kramers-Kronig Beziehung zu verwenden.

Die Methode eignet sich besonders im Frequenzbereich unterhalb der ersten

TO Phononenresonanz und stellt dort eine nützliche Alternative zur

herkömmlichen FIR Spektroskopie dar. Aus den hier vorgestellten Ergebnissen

werden Parameter der Kristalldynamik extrahiert.

Wir beobachten bemerkenswerte Resonanzen im Bereich unterhalb der ersten

TO-Resonanz, die zur Zeit als Funktion der Substrattemperatur untersucht werden.

Bestimmung optischer Konstanten von Silizium-Dünnschichtsystemen

•V. Plunger und V. Schlosser
Institut für Materialphysik, Universität Wien, Strudlhofgasse 4, A-1090 Wien

Die Bestimmung optischer Eigenschaften von Halbleitern in einem breiten Wellenlängenbereich spielt im Verständnis des physikalischen Verhaltens eine wichtige Rolle. Im Rahmen dieser Arbeit werden Reflexions- und Transmissionsmessungen im Wellenlängenbereich von 190 bis 2600 nm an Siliziumdünnschichtsystemen durchgeführt. Diese Schichten, die von 200 bis zu 3000 nm dick sind, weisen eine verschiedenartige Kristallinität, von amorph, mikrokristallin bis zu einkristallin auf. Durch Modellieren von Vielschichtsystemen und Anpassung der Simulationsergebnisse an die experimentellen Daten können Dicke, Brechungsindex und Absorptionskoeffizient ermittelt werden, welche mit den Werten von kristallinem Silizium verglichen werden.

LA-Phononen assistierte Absorption in Cu₂O

•L. Hanke¹, D. Fröhlich¹, J. Uhlenhut¹ und H. Stolz^2
2Universität Rostock
¹Universität Dortmund

In den letzten Jahrzehnten wurden extensive Untersuchungen an Cu₂O durchgeführt, so daß die elementaren Eigenschaften des Materials weitgehend bekannt sind. Diese Fülle von genauen Materialdaten erlaubt es, komplexe Prozesse quantitativ zu analysieren. In diesem Beitrag wird die durch longitudinal akustische (LA) Phononen assistierte Absorption als ein Beispiel untersucht.

Mit Hilfe von Lumineszenzmessungen gelang es erstmalig, die akustischen Phononbanden des 1S-Polaritons der gelben Serie sichtbar zu machen. Die speziellen Auswahlregeln des Quadrupolpolaritons ermöglichten dabei eine weitgehende Unterdrückung der Resonanzabsorption. Es zeigt sich, daß bis zu Temperaturen von wenigen Kelvin, der Anti-Stokes Prozeß dominant ist. Ferner wurde ein Abschneiden der Stokes Bande in den Spektren nachgewiesen.

Die Messungen werden mit einer parameterfreien Theorie modelliert. Das Modell ist in 2. Ordnung Störungsrechnung analytisch lösbar. Es stellt sich heraus, daß über diesen Prozeß einerseits ballistische Exzitonen erzeugt werden können und andererseits ein quantitativer Zugang zur Dynamik des Ortho-Para-Übergangs des Exzitons besteht.

Free-carrier screening of polarization fields in GaN/InGaN laser structures

•R. Scholz¹, J.-M. Jancu², F. Della Sala³, A. Di Carlo³, P. Lugli³, F. Bernardini⁴ und V. Fiorentini^4
1Institut für Physik, Technische Universität Chemnitz
²Scuola Normale Superiore, Pisa
³Dipartimento di Ingegneria Elettronica, Università di Roma "Tor Vergata"
⁴Dipartimento di Fisica, Università di Cagliari

Based on recent investigations concerning other III-V materials [1,2], we propose an empirical self-consistent tight-binding model for group-III nitrides and apply it to the zincblende and wurtzite crystal modifications. The tight-binding parameters and their distance dependences are derived from fits to self-interaction corrected LDA pseudopotential calculations for zincblende symmetry [3]. Together with ab initio positions of the anion and cation planes along the wurtzite c-direction, the zincblende tight-binding parameters result in a good fit of the wurtzite band structure. For GaN/InGaN wurtzite heterostructures it is shown that the macroscopic polarization field in the well region can be efficiently screened by high free carrier densities. This reconciles some puzzling experimental data on nitride lasers such as the high lasing excitation thresholds and the emission blue shifts for increasing excitation levels [4].

J.-M. Jancu, R. Scholz, F. Beltram, and F. Bassani, Phys. Rev. B 57, 6493 (1998).
[2] A. Di Carlo, S. Prescetelli, M. Paciotti, P. Lugli, and M. Graf, Solid State Commun. 98, 803 (1996).
[3] P. Krüger, private communication.
[4] F. Della Sala, A. Di Carlo, P. Lugli, F. Bernardini, V. Fiorentini, R. Scholz, and J.-M. Jancu, submitted to Appl. Phys. Lett.

E-Feld Einflüsse in der Ramanspektroskopie an ZnSe: Franz-Keldysch Oszillation

M. Becker, •M. Weber, T. Füller, M. Korn, V. Wagner, J. Geurts und G. Landwehr
Physikalisches Institut, EPIII, Universität Würzburg, Am Hubland, 97074 Würzburg

Die Bestimmung innerer elektrischer Felder in dünnen Schichten mittels optischer Methoden erlaubt die Analyse innerer Device-Eigenschaften weitgehend unabhängig von Einflüssen äußerer Kontaktstrukturen. Wir analysieren im vorliegenden Beitrag kontaktierte dünne ZnSe-Schichten auf n-dotierten GaAs-Substraten mit aufgeprägten elektrischen Feldern im Bereich von -90 kV/cm bis 440 kV/cm. Parallel zu der verbreiteten Methode der Elektroreflexion setzen wir hierzu ergänzend resonante Ramanstreuung am longitudinalen optischen Phonon (LO) von ZnSe ein. Wie bereits an GaAs beobachtet wurde (M.Kobull et al., PRB 51 (1995) 7353) zeigt auch die Streuintensität des ZnSe-Phonons im vorliegenden Fall eine ausgeprägte Abhängigkeit von der angelegten äußeren Spannung. Zusätzlich analysieren wir die sich unterscheidende Abhängigkeit der Streuintensität der ZnSe 2LO- und 3LO-Obertöne. Die Ergebnisse werden im Rahmen der Theorie von Franz-Keldysh Oszillationen ausgewertet und mit Ergebnisse aus Elektroreflexionsmessungen verglichen. Neben den ZnSe-Schichtphononen werden auch GaAs-artige Phononen mit Resonanzüberhöhung aus dem Grenzflächenbereich beobachtet und diskutiert.

Admittanzmessung zur Qualitätskontrolle von Dünnschichtsolarzellen

•D. Berkhahn¹, F. Engelhardt¹, Th. Meyer¹, J. Parisi¹ und U. Rau^2
1Fachbereich Physik, Universität Oldenburg, Carl von Ossietzky Straße 9-11, D-26111 Oldenburg
²Institut für Physikalische Elektronik, Universität Stuttgart, Pfaffenwaldring 47, D-70569 Stuttgart

Es wird gezeigt, daß die Methode der Admittanzmessung zur Qualitätskontrolle von Dünnschichtsolarzellen geeignet ist. Die Admittanz wurde temperaturabhängig von 20 bis 300K an durch RTP-Verfahren hergestelltem Cu(In,Ga)Se₂/CdS/ZnO gemessen. Die Untersuchung der Meßergebnisse ergibt, daß alle den Wirkungsgrad bestimmenden Kenngrößen U_oc, I_sc und Füllfaktor eindeutig mit den Admittanzmessungen verknüpft werden können. Aus den gemessenen Admittanzspektren läßt sich auf die physikalischen Verlustmechanismen schließen, die die Kenngrößen der Solarzelle beschränken.

Einfluß von Sauerstoff auf CuInSe₂-Absorberschichten

•Ingo Österreicher, Oumar Ka, Ingo Dirnstorfer, Detlev M. Hofmann und Bruno K. Meyer
I. Physikalisches Institut, Justus-Liebig-Universität Gießen

Eine kontrollierte Dotierung von CuInSe₂ setzt die Kenntnis der vorliegenden Defekte und deren Umwandlungsprozesse voraus. Es konnte gezeigt werden, daß eine thermische Nachbehandlung von In-reichen CuInSe₂-Solarzellen-Absorberschichten einen starken Einfluß auf die optischen und elektrischen Eigenschaften des Materials hat. Hierbei spielt das Vorhandensein von Sauerstoff die entscheidende Rolle. Sauerstoff bewirkt eine Reduktion der hohen Donatorkonzentration, wodurch die elektronischen Störungen (Bandfluktuationen) in diesem Material erheblich reduziert werden. Der Einbau von Sauerstoff wird durch Photoemissionsspektroskopie (UPS, XPS)untersucht und mit den Ergebnissen aus Photolumineszenz- und Absorptions-Messungen korreliert. Zudem wird die Veränderung der Defekte in den Schichten durch Temper- und Diffusionsexperimente mit den Elementen Kupfer und Indium beobachtet.

Einfluß von Feuchtigkeit auf die elektrischen Eigenschaften von Cu(In,Ga)Se₂-Solarzellen

•M. Schmidt¹, U. Rau¹, H.W. Schock¹ und R. Schäffler^2
2Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung, Stuttgart
¹Institut für Physikalische Elektronik, Universität Stuttgart, Pfaffenwaldring 47, 70569 Stuttgart

Obwohl verschieden Module aus Cu(In,Ga)Se₂ mit einer geeigneten Verkapselung schon beschleunigte Lebensdauertests bestanden haben, bleibt die Untersuchung des Einflusses von Feuchtigkeit und erhöhter Temperatur für dieses Material ein wichtiger Forschungsaspekt.

Wir untersuchen die Feuchtigkeitsempfindlichkeit von hocheffizienten Dünnschichtsolarzellen aus Cu(In,Ga)Se₂, insbesondere die Konsequenzen der Wechselwirkung der unverkapselten Labor-Zellen mit Wasserdampf. Hierfür werden Proben bei einer Temperatur von 85^°C einer Luftfeuchtigkeit von 85 % ausgesetzt. Zur Charakterisierung vor, nach 100 h und nach 1000 h dieser Behandlung werden die Zellen mittels Admittanzspektroskopie untersucht. Die Temperatur bzw. Feuchtigkeitsbehandlung führt zu irreversiblen und reversiblen, d.h. durch längere Beleuchtung der Zellen umkehrbare, Veränderungen. Den Beleuchtungseffekt führen wir auf Persistente Photoleitung im Absorbermaterial zurück. Dieser metastabile Veränderung drückt sich durch eine erhöhte Probenkapazität nach der Beleuchtung aus und tritt unabhängig von der Dauer der Feuchtigkeitsbehandlung auf. Jedoch nimmt die Kapazitätsdifferenz, die zwischen dem relaxierten Zustand und dem Zustand nach Beleuchtung gemessen wird, mit zunehmender Behandlungsdauer ab. Desweiteren zeigen Sekundär-Ionen-Massenspektroskopie (SIMS)-Messungen den Einfluß der Feuchtigkeits- und Wärmebehandlung auf die Verteilung des Natriums in der Cu(In,Ga)Se₂-Absorberschicht der Solarzellen.

Photounterstütztes Wachstum von ZnSe auf GaAs und
C(In,Ga)(S,Se)₂ mit MOCVD.

•U. Fiedeler, T. Kampschulte, S. Siebentritt, J. Albert und M. Ch. Lux-Steiner
Hahn-Meitner-Institut, Glienicker Str. 100, 14109 Berlin

Ziel der Untersuchung von ZnSe ist die Herstellung von Cd freien Pufferschichten in Chalkopyrit-Solarzellen. Um die thermische Belastung der Solarzellen während der Prozessierung zu reduzieren, wurde photounterstütztes Wachstum von ZnSe in einer MOCVD Anlage untersucht. Mit Hilfe einer Xe-Lampe konnte die Wachstumsrate bei einer Temperatur von 280^°C auf GaAs und CIGSS bei gleichem Materialeinsatz verdoppelt werden.
Nach der bisher verbreiteten Vorstellung wird die Wachstumsbeschleunigung durch die im ZnSe photoelektrisch erzeugten Ladungsträger hervorgerufen. Da solche ZnSe-Filme als ca. 20 nm dicke Pufferschicht in CIGSS-Solarzellen dienen sollen, steht die Frage des Einflusses der im Substrat erzeugten Ladungsträger auf den Wachstumsprozess im Mittelpunkt.
Untersucht wird weiterhin, der Einfluß der Beleuchtungsstärke auf die Wachstumsrate beim Angebot unterschiedlicher VI/II-Verhältnisses. Letztlich werden CIGSS-Solarzellen unter unterschiedlichen Prozessbedingungen hergestellt und elektronisch (I/V, QE) charakterisiert.

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Zuletzt geändert am 21.10.1999

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