Untersuchung des Dotierverhaltens und der magnetischen Eigenschaften von epitaktischen ZnO-Heterostrukturen

Abstract

Zinkoxid (ZnO) ist aufgrund seiner vielseitigen Einsatzmöglichkeiten eines der spannendsten Materialsysteme der aktuellen Halbleiterforschung. Die hohe Exziton-Bindungsenergie von 60 meV macht ZnO zum idealen Kandidaten für optoelektronische Bauelemente im blauen und UV Spektralbereich. Ebenso interessant ist ZnO für die Spintronik und als Kandidat für eine Realisierung von Raumtemperatur-Ferromagneten auf Halbleiterbasis. Allen möglichen Anwendungen ist gemeinsam, dass mit der Epitaxie von hochwertigen kristallinen Schichten zunächst eine Grundlage geschaffen werden muss. In der vorliegenden Arbeit wird das Kristallwachstum von ZnO mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) realisiert. Der Epitaxieprozess wird hinsichtlich struktureller, optischer und elektrischer Schicht-Eigenschaften optimiert. Angewandte Untersuchungsmethoden dafür sind Röntgenbeugung, Photolumineszenz, Raman-Streuung und Transportmessungen. Darauf aufbauend werden Untersuchungen zur gezielten Dotierbarkeit von ZnO vorgestellt. Im Fokus steht dafür die Dotierung mittels Ionenimplantation. Die Herstellung magnetischer ZnO-Schichten mittels Ionenimplantation sowie MOVPE bildet einen weiteren Schwerpunkt dieser Arbeit. Zur Klärung der magnetischen Eigenschaften dieser Schichten werden Untersuchungsmethoden wie Superconducting Quantum Interference Device (SQUID), Elektron-Spin-Resonanz und Transport im Magnetfeld herangezogen.