Metallorganische Gasphasenepitaxie und Charakterisierung ...

9 Zusammenfassung
Das Ziel dieser Arbeit war es, einen Prozess zu finden, mit dem das homoepitaktische Wachstum
hochqualitativer ZnO-Schichten mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie möglich ist, da dies
elementar für die Realisierung optoelektronischer Bauelemente auf der Basis von ZnO ist. Dieser
Schwerpunkt leitete sich aus den Beschränkungen der Heteroepitaxie von ZnO ab.
Bei dem MOVPE-Prozess wurden Dimethylzink und Lachgas bzw. reiner Sauerstoff als Pre-
cursoren verwendet. Im Anschluss an das Wachstum wurden die Schichten durch verschiedene
Charakterisierungsmethoden detailliert untersucht.
Durch Optimierung der Wachstumstemperatur und des Reaktordruckes und der Entwicklung ei-
nes dreistufigen Wachstumsverfahren konnten auf GaN/Saphir heteroepitaktisch abgeschiedene
ZnO-Schichten derart optimiert werden, dass diese eine hervorragende Morphologie, eine sehr
gute Lumineszenz und exzellente Störstellenkonzentration im unteren 10 15 cm ¡3 -Bereich aufwie-
sen. Trotz dieser eindrucksvollen Eigenschaften konnte nachgewiesen werden, dass beim hetero-
epitaktischen Wachstum zwangsläufig eine hoch leitfähige Zwischenschicht entsteht, welche die
elektrischen Eigenschaften dominiert und dass die kristallografische Qualität dieser Schicht zwar
gut war, aber auch beim heteroepitaktischen Wachstum generell begrenzt ist und noch nicht
ausreicht, um p-Typ ZnO herzustellen. Um die Schichtqualität weiter zu verbessern, sollte des-
wegen eine Prozedur entwickelt werden, um ZnO homoepitaktisch auf ZnO abzuscheiden, da zu
erwarten war, dass dies die Qualität der Schichten stark verbessert.
Da in der Literatur (vgl.: Kapitel 6) ausgewiesen ist, dass eine thermische Behandlung der Sub-
strate vor dem Wachstum unbedingt vonnöten ist, musste zunächst ein entsprechendes Verfahren
dafür entwickelt werden. In einem Rapid-Thermal-Annealer wurden die Substrate für 15 Minuten
bei 1100 ℃ behandelt. Dabei muss eine Sauerstoffatmosphäre und ein Zinkreservoir in Form von
ZnO-Pulver vorliegen. Bei den Untersuchungen an derart behandelten Substraten stellte sich
heraus, dass sauerstoffpolare Substrate nach dem Annealing eine exzellente morphologische und
kristallografische Qualität aufweisen und ideal für die Epitaxie sind. Zinkpolare Substrate hin-
gegen stellten sich als weniger geeignet für diese heraus. Aus diesem Grund wurde das homoepi-
taktische Wachstum von ZnO (fast) ausschließlich auf O-Face Substraten durchgeführt.
Bei der Homoepitaxie stellte sich schnell heraus, dass nicht auf die Ergebnisse der Heteroepita-
xie zurückgegriffen werden kann. Wachstumsparameter, die vormals zu Schichten mit einer zu-
mindest guten Morphologie führten, hatten nun das genaue Gegenteil zur Folge. Durch eine
Optimierung des Sauerstoff zu Zink Verhältnisses, der Wachstumstemperatur und des Reaktor-