Niedrigdimensionale Halbleiterstrukturen

In diesem Vorhaben wurden mehrere Doktorarbeiten auf dem Gebiet der Herstellung und der Charakterisierung von Halbleiternanostrukturen an der Universität Linz gefördert. Das Vorhaben hat dazu beigetragen auf diesem Gebiet schwerpunktmäßig Forschung in Österreich zu einzurichten. Im Rahmen der Arbeiten wurden durch gezieltes Wachstum dünne Schichten unterschiedlicher Halbleitermaterialien (Halbleiterheterostructuren) aufeinander abgeschieden. In diesen Schichten ist die Bewegung der Elektronen auf eine Ebene beschränkt, was zu modifizierten Eigenschaften führt. Durch epitaktisches Wachstum ist es aber auch möglich winzige pyramidenförmige Inselchen mit Abmessungen von etwa 10 nm, was einem zehntausendstel des Durchmessers von menschlichem Haar entspricht, herzustellen. In diesen Inseln sind die Elektronen in ihrer Bewegung in allen drei Raumrichtungen beschränkt. Dies führt z.B. zu vollkommen neuartigen optischen Eigenschaften, was interessante Anwendungen dieser Inseln in Lasern für das mittlere Infrarot möglich erscheinen läßt. Es gelang in Linz solche Inseln sehr homogen herzustellen und deren strukturelle Eigenschaften mit neuartigen Röntgenverfahren (Nanotomographie) in bezug auf deren chemische Zusammensetzung und Verspannung zu bestimmen. Durch kontrolliertes Wachstum können aus der Gasphase perfekte einkristalline Schichten, die nur wenige Atomlagen dick sind auf Halbleitersubstraten abgeschieden werden. Diese Schichten haben elektrische, optische und magnetische Eigenschaften die nicht nur von ihrer chemischen Zusammensetzung abhängen sondern auch durch die Schichtdicke bestimmt sind, und die somit gezielt verändert werden können. In unserem Projekt wurden einerseits derartige Schichten aus Si/SiGe und andererseits aus PbTe/PbSe/EuTe hergestellt und charakterisiert. Es zeigte sich, daß neben den Schichtdicken auch die Verspannung der Schichten wesentlich deren Eigenschaften beeinflußt. Zur Messung der Verspannung in nur Nanometer dicken Filmen wurden Methoden entwickelt, die auf der Verwendung von Röntgenstrahlung mit sehr hoher Intensität, wie sie bei sogenannten Synchrotrons zur Verfügung steht, angewandt. Des weiteren wurde die Veränderung der elektrischen und optischen Eigenschaften von Halbleiterheterostrukturen in Abhängigkeit von deren Zusammensetzung erforscht. Die optischen Eigenschaften im infraroten Spektralbereich von Si/SiGe Vielfachschichten mache diese zur Verwendung als empfindliche Detektoren für Wärmestrahlung geeignet. In System die EuTe enthalten zeigt sich, daß eine magnetische Ordnung unterhalb einer bestimmten Tempertur auftritt. Die Übergangstemperatur hängt sowohl von der Schichtdicke als auch von der Verspannung ab, was durch Berechnungen erklärt werden konnte. In den Systemen Si/SiGe und PbSe/PbEuTe hat sich hgerausgestellt, daß durch gezieltes Wachstum Inselchen im Nanometermaßstab hergestellt werden können. In Multischichten gelang es deren vertikale und laterale Position zu korrelieren was interessante Möglickeiten zu deren Adressierung eröffnet.