Die elektronische Struktur der As-bedeckten GaAs(111)-Oberfläche
Eine Photoemissionsstudie
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Diplomarbeit aus dem Jahr 1993 im Fachbereich Physik - Technische Physik, Note: 1,3, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (Unbekannt), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Problemstellung:In den letzten Jahren wurden die polaren Oberflächen von III-V-Halbleitern in zunehmendem Maße mit Molekularstrahlepitaxie (MBE=molecular beam epitaxy) hergestellt. Die so erhaltenen, sauberen, Oberflächen müssen beim Transport durch die Atmosphäre vor Verunreinigungen und Oxidation geschützt werden. Dazu wurde von Kowalczyk et al. [1] die Technik entwickelt, die Proben vor dem Ausba...
Diplomarbeit aus dem Jahr 1993 im Fachbereich Physik - Technische Physik, Note: 1,3, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (Unbekannt), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Problemstellung:
In den letzten Jahren wurden die polaren Oberflächen von III-V-Halbleitern in zunehmendem Maße mit Molekularstrahlepitaxie (MBE=molecular beam epitaxy) hergestellt. Die so erhaltenen, sauberen, Oberflächen müssen beim Transport durch die Atmosphäre vor Verunreinigungen und Oxidation geschützt werden. Dazu wurde von Kowalczyk et al. [1] die Technik entwickelt, die Proben vor dem Ausbau aus der MBE-Kammer mit einem dicken Film elementaren As zu passivieren. Für die weitere Anwendung oder Untersuchung der Probe kann die As-Schutzschicht dann durch Heizen der Probe entfernt werden. Während des Abheizprozesses können sich verschiedene Phasen der Oberfläche ausbilden, die sich in ihrer Struktur, ihrer chemischen Zusammensetzung und ihren elektronischen Eigenschaften unterscheiden. Will man an der Probe dann oberflächensensitive Experimente, beispielsweise Photoelektronenholographie [2], durchführen oder die technologisch bedeutsame Ausbildung von Schottky-Barrieren nach Metall-Deposition (3, 4] untersuchen, so ist aus den genannten Gründen eine genaue Kenntnis des Abheizprozesses wünschenswert. Die Untersuchung des Abheizprozesses und der dabei erhaltenen Oberflächen hat sich in der Vergangenheit in erster Linie auf die GaAs(100)-Oberfläche und ihre unterschiedlichen Rekonstruktionen beschränkt [31-(8). In dieser Arbeit wird das Abheizen einer As-Schutzschicht von einer GaAs(111)-Oberfläche untersucht. Die Charakterisierung der durch das Abheizen erhaltenen Oberflächen erfolgt dabei mittels winkelaufgelöster Photoemission. Auch wird versucht, die Möglichkeiten der winkelaufgelösten Photoemission in Verbindung mit Synchrotronstrahlung zur Bestimmung der Valenzbandstruktur zu nutzen. Im ersten Kapitel dieser Arbeit werden daher zunächst die Grundlagen der Photoemission sowie die Analyse der durch die Experimente erhaltenen Daten erläutert. Anschließend werden einige für das Verständnis der Arbeit wichtige Eigenschaften der GaAs(111)-Oberfläche behandelt. Im dritten Kapitel werden dann die experimentellen Aspekte und die Methode der durchgeführten Messungen dargestellt. Im darauffolgenden Kapitel wird versucht, die Volumen- und Oberflächenbandstruktur von GaAs(111) aus den Spektren in senkrechter und nicht-senkrechter Emission zu bestimmen. Die eigentliche Abheizstudie ist dann Gegenstand des fünften Kapitels, in dem die Charakterisierung der nach jeder Heizstufe erhaltenen Oberfläche, der Einfluß der As-Bedeckung auf die Valenzbandspektren sowie die Lage des Fermi-Niveaus nach den verschiedenen Heizstufen behandelt wird. Schließlich wird in Kapitel 6 eine spezielle Art der winkelaufgelösten Photoemission vorgestellt, mit der aus Daten in nicht-senkrechter Emission die Volumenbandstruktur entlang der [110]-Richtung bestimmt werden soll. Den Abschluß dieser Arbeit bildet eine kurze Zusammenfassung der Ergebnisse.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
Einleitung1
1.Photoemission3
1.1Prinzip3
1.2Theoretische Aspekte6
1.2.1Allgemeine Theorie der Photoemission6
1.2.2Das Drei-Stufen-Modell9
1.3Analyse der Daten12
1.3.1Direkte Übergänge13
1.3.2Freies-Elektronen-Modell15
1.3.3Darstellung der Meßwerte20
2.Einiges über GaAs24
2.1Allgemeines24
2.2Die (111)-Oberfläche27
2.3Die (2 x 2)-Rekonstruktion der (111)-Oberfläche29
3.Experiment und Methode33
3.1Aufbau33
3.2Der Analysator34
3.3Die Strahlungsquelle36
3.4Verwendete Proben37
3.5Bestimmung der As-Bedeckung39
4.Volumen- und Oberflächenbandstruktur von GaAs(111)42
4.1Spektren in senkrechter Emission43
4.2Oberflächenbandstruktur51
5.Thermisch aktivierte Desorption von a-As auf GaAs(11...
In den letzten Jahren wurden die polaren Oberflächen von III-V-Halbleitern in zunehmendem Maße mit Molekularstrahlepitaxie (MBE=molecular beam epitaxy) hergestellt. Die so erhaltenen, sauberen, Oberflächen müssen beim Transport durch die Atmosphäre vor Verunreinigungen und Oxidation geschützt werden. Dazu wurde von Kowalczyk et al. [1] die Technik entwickelt, die Proben vor dem Ausbau aus der MBE-Kammer mit einem dicken Film elementaren As zu passivieren. Für die weitere Anwendung oder Untersuchung der Probe kann die As-Schutzschicht dann durch Heizen der Probe entfernt werden. Während des Abheizprozesses können sich verschiedene Phasen der Oberfläche ausbilden, die sich in ihrer Struktur, ihrer chemischen Zusammensetzung und ihren elektronischen Eigenschaften unterscheiden. Will man an der Probe dann oberflächensensitive Experimente, beispielsweise Photoelektronenholographie [2], durchführen oder die technologisch bedeutsame Ausbildung von Schottky-Barrieren nach Metall-Deposition (3, 4] untersuchen, so ist aus den genannten Gründen eine genaue Kenntnis des Abheizprozesses wünschenswert. Die Untersuchung des Abheizprozesses und der dabei erhaltenen Oberflächen hat sich in der Vergangenheit in erster Linie auf die GaAs(100)-Oberfläche und ihre unterschiedlichen Rekonstruktionen beschränkt [31-(8). In dieser Arbeit wird das Abheizen einer As-Schutzschicht von einer GaAs(111)-Oberfläche untersucht. Die Charakterisierung der durch das Abheizen erhaltenen Oberflächen erfolgt dabei mittels winkelaufgelöster Photoemission. Auch wird versucht, die Möglichkeiten der winkelaufgelösten Photoemission in Verbindung mit Synchrotronstrahlung zur Bestimmung der Valenzbandstruktur zu nutzen. Im ersten Kapitel dieser Arbeit werden daher zunächst die Grundlagen der Photoemission sowie die Analyse der durch die Experimente erhaltenen Daten erläutert. Anschließend werden einige für das Verständnis der Arbeit wichtige Eigenschaften der GaAs(111)-Oberfläche behandelt. Im dritten Kapitel werden dann die experimentellen Aspekte und die Methode der durchgeführten Messungen dargestellt. Im darauffolgenden Kapitel wird versucht, die Volumen- und Oberflächenbandstruktur von GaAs(111) aus den Spektren in senkrechter und nicht-senkrechter Emission zu bestimmen. Die eigentliche Abheizstudie ist dann Gegenstand des fünften Kapitels, in dem die Charakterisierung der nach jeder Heizstufe erhaltenen Oberfläche, der Einfluß der As-Bedeckung auf die Valenzbandspektren sowie die Lage des Fermi-Niveaus nach den verschiedenen Heizstufen behandelt wird. Schließlich wird in Kapitel 6 eine spezielle Art der winkelaufgelösten Photoemission vorgestellt, mit der aus Daten in nicht-senkrechter Emission die Volumenbandstruktur entlang der [110]-Richtung bestimmt werden soll. Den Abschluß dieser Arbeit bildet eine kurze Zusammenfassung der Ergebnisse.
Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis:
Einleitung1
1.Photoemission3
1.1Prinzip3
1.2Theoretische Aspekte6
1.2.1Allgemeine Theorie der Photoemission6
1.2.2Das Drei-Stufen-Modell9
1.3Analyse der Daten12
1.3.1Direkte Übergänge13
1.3.2Freies-Elektronen-Modell15
1.3.3Darstellung der Meßwerte20
2.Einiges über GaAs24
2.1Allgemeines24
2.2Die (111)-Oberfläche27
2.3Die (2 x 2)-Rekonstruktion der (111)-Oberfläche29
3.Experiment und Methode33
3.1Aufbau33
3.2Der Analysator34
3.3Die Strahlungsquelle36
3.4Verwendete Proben37
3.5Bestimmung der As-Bedeckung39
4.Volumen- und Oberflächenbandstruktur von GaAs(111)42
4.1Spektren in senkrechter Emission43
4.2Oberflächenbandstruktur51
5.Thermisch aktivierte Desorption von a-As auf GaAs(11...
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