Piezospectroscopy and ab-initio calculations of carbon-oxygen complexes in gallium arsenide
Final Report Abstract
Der Defekt, die die Ursache für die 2060 cm^-1-Absorptionsbande in GaAs ist, konnte im Projekt bezüglich der chemischen Zusammensetzung und Struktur vollständig aufgeklärt werden. Die ursprüngliche Zuordnung zu einem (C, O)-Komplex stellte sich hinsichtlich der Beteiligung von Sauerstoff als Fehlinterpretation heraus, die auf die scheinbare Korrelation mit dem O-Gehalt in den Kristallen zurückzuführen ist. Es konnte gezeigt werden, dass der Komplex durch eine Koimplantation von C und N in hochreine GaAs-Substrate erzeugt werden kann. Die charakteristische 2060 cm-^1-Bande ist schon unmittelbar nach der Implantation in den Proben IR-spektroskopisch mit vergleichsweise hoher Intensität nachzuweisen. Die Implantationsmethode erlaubt in eleganter Weise die Klärung der noch offenen Fragen der chemischen Zusammensetzung des Komplexes durch den Einsatz der Stickstoffisotope 14N und 15N. Das Ergebnis lässt eindeutig die Identifikation als lineares molekülartiges Gebilde der Zusammensetzung CN2 (N-C-N) zu, das in <100>-Richtung orientiert ist - mit dem C-Atom als Massenzentrum auf dem Anionenplatz. Die hohe Schwingungsfrequenz von 2060 cm^-1 muss der asymmetrischen Streckschwingung einer durch eine starke C-N- Wechselwirkung geprägten Einheit zugeordnet werden. Ein weiterer (C, N)-Komplex tritt nach Implantation auf, der sich durch eine Schwingungsbande bei 1972 cm^-1 zeigt. Er besitzt offensichtlich die chemische Zusammensetzung CN und ist thermisch nicht so stabil wie der CN2-Komplex. Die Symmetrie dieses Komplexes konnte im Rahmen des Projekts noch nicht aufgeklärt werden. Die LDA-Rechnungen hatten zum Ziel ursprünglich in Erwägung gezogene (C, O)-korrelierte Komplexe hinsichtlich ihrer energetischen Stabilität, ihrer Symmetrie und der sich ergebenden LVM-Frequenzen zu analysieren. Bedingt durch den hohen Rechenaufwand konnten im Rahmen des Projekts nur die Komplexe CO, CO2 und CO4 untersucht werden. Aus den Ergebnissen konnte – in Konsistenz mit dem Experiment - die Schlussfolgerung gezogen werden, dass darunter kein Komplex zu finden ist, welcher in Struktur und LVM-Frequenzen mit dem experimentell gemessenen Daten übereinstimmt.
Publications
- Structural Investigation of the C-O Complex in GaAs, Int. Conf. on Defects in Semiconductors 2013, AIP Conf. Proc. 1583, 132 (2014)
H. Ch. Alt, A. Kersch, and H. E. Wagner
(See online at https://doi.org/10.1063/1.4865620) - Isotopic study of mid-infrared vibrational modes in GaAs related to carbon and nitrogen impurities, in: Physica Status Solidi b, Vol 252 Issue 8, August 2015, Pages 1827-1831
H. Ch. Alt, H. E. Wagner, A. Glacki, Ch. Frank-Rotsch, and V. Häublein
(See online at https://doi.org/10.1002/pssb.201552028)
