Phononenenergien von AlN

Im Rahmen der Kooperation mit der Universität Ulm wurden dort auch Raman-Messungen durchgeführt, die die Raman-Rückstreuung von Laserlicht untersuchen (Energieverlust durch Phononen-Streuung $\to$ Raman-Verschiebung, Raman shift). Über die Phononen kann Information über die Qualität des Kristallgitters gewonnen werden:

• Die Breite der Phononen-Peaks gibt Aufschluß, wie ,,monochrom`` die Phononen und damit wie homogen die Bindungslängen im Kristall sind
• Durch Verunreinigungen zeigen sich in der Regel konzentrationsabhängig neue Peaks im Phononen-Spektrum, da die Bindung zwischen Kristallatom und Verunreinigungsatom sich von denen des reinen Gitters unterscheidet (in Stärke und ggf. Geometrie)
• Auch Störungen des Gitters, wie Versetzungen oder Fehlstellen, können sich mit eigenen Raman-Peaks bemerkbar machen

Abbildung 5.18: Raman-Spektren von $SiC$ und den $AlN$ Proben LS005 (Saphir) & 009 ($SiC$) bei Raumtemperatur [Kornitzer et al., 1999].

Die Messungen (Abb. 5.18) ergaben einen Wert für das longitudinal optische $A_{1}(LO)$ Phonon, der die Zuordnung der Phononenrepliken im CL-Spektrum unterstützt (s. 5.4.1):

Probe	$A_{1}(LO)$		$E_{2}$
@ $300\:K$	Energie [$cm^{-1}$]	FWHM [$cm^{-1}$]	Energie [$cm^{-1}$]	FWHM [$cm^{-1}$]
$AlN$/$SiC$	$887.4$	$8.8$	$656.1$	$5.7$
$AlN$/$Al_{2}O_{3}$	$888.7$	$10.1$	$656.8$	$7.2$
entspricht	$110 \pm 0.5\:meV$	bzw.	$81 \pm 0.5\:meV$

$A$ bezeichnet dabei die Polarisation parallel zur $\vec{c}$-Achse, $E$ die Polarisation senkrecht dazu. Die Anregung der ersten Mode $E_{1}$ ist bei Raman-Rückstreuung in der verwendeten Geometrie [Kornitzer et al., 1999] nicht beobachtbar.

In der Literatur ist z.B. von [Macmillan et al., 1993] eine vergleichbare Position der Raman-Resonanz $A_{1}(LO)$ allerdings ohne Halbwertsbreiten angegeben. Eine ältere Publikation [Sanjurjo et al., 1983] läßt einen groben Vergleich zu, mit dem Ergebnis von kleineren Halbwertsbreiten der $A_{1}(LO)$-Mode für die Spektren in Abb. 5.18.

Dagegen scheinen keine Vergleichswerte für $E_{2}$ zu existieren. Dies ist in sofern problematisch, daß die Halbwertsbreiten der $A_{1}(LO)$-Mode stark von freien Ladungsträgern beeinflußt werden kann, so daß sich eigentlich die $E_{2}$ besser zum Vergleich eignet.