Dankmar Lauter, Dissertation, Fachbereich Physik der Universität Hamburg, 1997 :

"Rastertunnel- und Reflexionselektronenmikroskopische Untersuchungen zur Molekularstrahlepitaxie von GaAs(001)-Kristalloberflächen"


Schlagwörter: Molekularstrahlepitaxie, Galliumarsenid, Rastertunnelmikroskopie, molecular beam epitaxy, gallium arsenide, scanning tunnelling microscopy
Summary

Kurzfassung

Das Nichtgleichgewichtswachstum der (001)-Oberfläche von Galliumarsenid mittels der Molekularstrahlepitaxie wurde mit Hilfe von Rastertunnel- und Reflexionselektronenmikroskopie untersucht. Von den beiden Modi des Frank-van der Merwe-Wachstums, d.h. Step-flow-Wachstum und Zweidimensionale Keimbildung, wurde insbesondere der letztere betrachtet. Das gängige Wachstumsmodell hierfür, welches die RHEED-Oszillationen beschreibt, die während des lagenweisen Wachstums auftreten, wurde neu bewertet und erweitert. Dies insbesondere im Hinblick auf die endliche Kohärenzlänge des RHEED-Spekularstrahls von ca. 100Å und auf die nach Wachstumsabbruch in unterschiedlichen Oszillationsphasen erzielte Oberflächenkonfiguration, welch letztere mittels der Rastertunnelmikroskopie charakterisiert wurde. Ferner wurde der Zusammenhang zwischen der Dämpfung der RHEED-Oszillationen und der mittels Rastertunnelmikroskopie zu bestimmenden RMS-Rauhigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur untersucht und in bezug auf die elementaren Wachstumsprozesse diskutiert. Insbesondere wurden die Oberflächendiffusion von Galliumadatomen und das Auftreten von Wachstumshügeln betrachtet, die im Wachstumsmodus Zweidimensionale Keimbildung entstehen. Die diesbezüglichen Beobachtungen führen zu der Annahme, daß im stationären Fall nur ein Wachstumsmodus stabil ist, nämlich Step-flow-Wachstum. Des weiteren wurde das für die Passivierung von GaAs-Oberflächen wichtige Verfahren des Arsen-cappings mittels der Rastertunnelmikroskopie beurteilt. Außerdem wurden ultradünne Goldbedeckungen von GaAs(001)-Oberflächen im Hinblick auf Ihre Eignung als Halbleiterkontaktierung mittels der Rastertunnelmikroskopie topographisch und mittels der Tunnelspektroskopie elektronisch charakterisiert. Dabei wurden eine Resonanz innerhalb des Valenzbandes und ein Zustand in der Bandlücke als erster und zweiter Zustand einer Au-Ga-Bindung nachgewiesen.

Titel

Kurzfassung

Summary

Non-equilibrium growth of the GaAs(001) surface by molecular beam epitaxy (MBE) was studied by means of scanning tunnelling microscopy (STM) and reflection electron microscopy (REM). Two two-dimensional (Frank-van der Merwe) growth modes, step-flow growth, and monolayer island nucleation can be distinguished. The common growth model for two-dimensional island nucleation, which would explain the occurrence of specular beam intensity oscillations in RHEED during layer-by-layer growth, was re-evaluated and extended. This was done particularly with respect to the limited coherence length of the specular beam of about 100Å and the final surface configurations after growth breakoff in different phases of the oscillations, which are characterised by STM. Furthermore, the temperature dependence of the RHEED oscillation damping, and the rms roughness measured by STM was investigated, and discussed with regard to the elementary growth processes. Especially the growth determining process of Ga adatom surface diffusion, and the appearing of mounds during two-dimensional island nucleation were examined. These observations lead to the conclusion that in steady state only one growth mode is stable, which is to be identified with the step-flow growth mode. Moreover, the As capping procedure, which is important for surface protection, was investigated using STM to image decapped As-terminated GaAs surfaces. In addition, regarding their suitability as a semiconductor contact, ultra-thin Au films on GaAs(001) surfaces were topographically imaged by STM, and local variations of the electronic structure were investigated by tunneling spectroscopy (STS). As a result, a valence-band resonance and a band gap state were established as the first and second state of an Au-Ga bond.