Breitband-Nahfeldmikroskopie an phonon-resonanten Kristallen

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Galliumnitrid (GaN) und seine Legierungen finden Anwendung in LEDs sowie in der Hochleistungs- und Hochfrequenzelektronik, wobei die Bauteileigenschaften stark von den Materialeigenschaften abhängen. Mit einem Streulicht-Nahfeldmikroskop (s-SNOM) können Materialeigenschaften, wie Verspannungen in Kristallstrukturen, mit einer Ortsauflösung von wenigen 10 nm untersucht werden. Diese Arbeit zielt darauf ab, die Messbarkeit der Phonon-Resonanz von schwach dotiertem GaN und von Verspannungsänderungen in der Kristallstruktur mit einem neuen Breitband-SNOM Laboraufbau zu demonstrieren. Ein neu entwickelter Breitband-Laser, der den Spektralbereich zwischen 9 μm und 16 μm abdeckt, ermöglicht die Untersuchung der Phonon-Resonanz von GaN bei 14,5 μm. Zunächst werden künstlich erzeugte Verspannungen und Indentierungen mittels Infrarotspektren und 2D-Imaging analysiert, wobei letzteres eine schnellere Charakterisierung der Probenoberfläche ermöglicht. Zudem werden bei der heteroepitaktischen Herstellung natürlich auftretende Verspannungen in unterschiedlich dicken GaN-Schichtproben untersucht. Die Spektren werden mithilfe eines Fit-Modells ausgewertet und zeigen gute Übereinstimmungen mit Referenzmessungen. Simulationen zu den Probeneigenschaften werden ebenfalls durchgeführt. Die Ergebnisse belegen, dass die Phonon-Resonanz von schwach dotiertem GaN mit dem neuen Breitband-SNOM messbar ist und Verspannungen in der Gitterstruktur charakte