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July 2016
Stefanie Bensmann
Breitband-Nahfeldmikroskopie an phonon-resonanten Kristallen
Galliumnitrid (GaN) und GaN-Legierungen haben vielfältige Anwendungsbereiche z.B. in LEDs sowie in der Hochleistungs- und Hochfrequenzelektronik. Die Eigenschaften der Bauteile werden dabei von den Materialeigenschaften beeinflusst. Mit einem Streulicht-Nahfeldmikroskop (s-SNOM) können Materialeigenschaften wie Verspannungen in Kristallstrukturen mit einer Ortsauflösung von wenigen 10 nm untersucht werden. Ziel dieser Arbeit ist es, mit einem neuen Breitband-SNOM Laboraufbau die Messbarkeit der Phonon-Resonanz von schwach dotiertem GaN und von Verspannungsänderungen in der Kristallstruktur zu zeigen. Hierzu wird ein neu entwickelter Breitband-Laser verwendet, der den Spektralbereich zwischen 9 μm und 16 μm abdeckt und damit auch die Phonon-Resonanz von GaN bei 14,5 μm umfasst. Zuerst werden künstlich erzeugte Verspannungen neben Indentierungen mittels Infrarotspektren und 2D-Imaging untersucht. Beim 2D-Imaging können Verspannungsänderungen abgebildet werden, ohne dass an jedem Messpunkt ein Spektrum aufgenommen wird, wodurch eine schnellere Charakterisierung der Probenoberfläche möglich wird. Außerdem werden bei der heteroepitaktischen Herstellung natürlich auftretende Verspannungen in unterschiedlich dicken GaN-Schichtproben untersucht. Die Spektren werden mittels eines Fit-Modells ausgewertet. Die Ergebnisse stimmen gut mit Referenzmessungen überein. Des Weiteren werden Simulationen zu den Probeneigenschaften durchgeführt. Es wird im Rahmen dieser Arbeit gezeigt, dass die Phonon-Resonanz von schwach dotiertem GaN mit dem neuen Breitband-SNOM messbar ist und Verspannungen in der Gitterstruktur charakterisiert werden können.
Keywords: Physik; Nahfeldmikroskopie; SNOM; Galliumnitrid; GaN; Verspannung in Kristallstrukturen; Laser; Messtechnik; IR-Spektroskopie
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