Structural analysis of dilute bismide alloys by means of high resolution scanning transmission electron microscopy

Energy efficiency plays a key role in the development of new industrial as well as daily life applications. There exists a strong demand for a new energy efficient generation of optoelectronic devices, especially in the growing market of internet data transfer where devices operate in the 1.55 µm...

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Main Author: Knaub, Nikolai
Contributors: Volz, Kerstin (Prof. Dr.) (Thesis advisor)
Format: Dissertation
Language:German
Published: Philipps-Universität Marburg 2016
Physik
Subjects:
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Table of Contents: Für die Entwicklung von neuen technischen Anwendungen, spielt die Energieeffizienz eine tragende Rolle. So ist die Nachfrage nach neuartigen energieeffizienten optoelektronischen Bauelementen sehr groß, vor allem im Bereich des Internet-Datentransfers und der dafür benötigten Laserdioden mit einer Emissionswellenlänge von 1,55 µm. Ein vielversprechendes Materialsystem, welches sich zur Herstellung von hocheffizienten Bauelementen eignet, ist der verdünnt Bi-haltige Verbindungshalbleiter Ga(AsBi). Es ist bekannt, dass der geringe Einbau von Bi in GaAs die Bandlücke sowie die Temperaturabhängigkeit der Emissionswellenlänge reduziert und zur Unterdrückung von nichtstrahlenden Rekombinationsprozessen beiträgt, was mit Hilfe des sogenannten Valenzband Anticrossing Models beschrieben werden kann. In der Praxis konnte somit zum ersten Mal ein elektrisch gepumpter Breitstreifen Ga(AsBi) Quantum-well (QW) Laser realisiert werden. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Strukturanalyse von Ga(AsBi), Ga(PAsBi) und Ga(NAsBi), welche mittels der metallorganischen Gasphasenepitaxie (MOVPE, metal organic vapour phase epitaxy) hergestellt wurden, wobei das Wachstum der Materialsysteme nicht Teil dieser Arbeit war. Die strukturellen Untersuchungen erfolgten mit Hilfe von sphärische Aberration korrigierter Rastertransmissionselektronenmikroskopie (STEM, scanning transmission electron microscopy). Die Auswertung und Interpretation der STEM Messungen erfolgte unter anderem mit Hilfe von Simulationsrechnungen, die an Ga(AsBi) Superzellen durchgeführt wurden sowie mittels weiterer Datenverarbeitung. Diese erfolgte mit der MATLAB-Software, welche die Trennung der Kristalluntergitter in Hochauflösungsaufnahmen ermöglichte sowie zur statistischen Auswertung der Atomsäulenintensitäten diente. Insgesamt zeigen die Resultate dieser Arbeit, dass die Rastertransmissionselektronenmikroskopie aus der Strukturanalyse und der Charakterisierung von neuartigen Halbleitern nicht wegzudenken bzw. notwendig ist. Außerdem zeigen die Ergebnisse auch, dass Bi haltige Halbleitermaterialien ein hohes Maß an chemischer Homogenität aufweisen, was die Realisierung von neuen energieeffizienten Halbleiterbauelementen erlauben könnte.