Über die Molekularstrahlepitaxie von InxGa1-xN Heterostrukturen und deren optische Charakterisierung

Abstract

In der vorliegenden Dissertation wurden grundlegende Eigenschaften der InxGa1-xN Molekularstrahlepitaxie und der damit hergestelltenProben untersucht. Es wurden sowohl Si -dotierte als auch undotierte InxGa1-xN Schichten mit einem In Gehalt xIn <= 0,54 und InxGa1-xNLED Strukturen abgeschieden. Zur Beschreibung des MBE Wachstumsprozesses wurde eine semiempirische Beschreibung entwickelt, welche eine quantitaveVorhersage des resultierenden In Gehaltes xIn der abgeschiedenen Schichten aus den eingestellten Maschinenparametern ermöglicht. Eshandelt sich dabei um eine umfassende Beschreibung des MBE InxGa1-xN Wachstums Prozesses mit sämtlichen Zusammenhängenzwischen den Prozeßparametern und dem In Gehalt xIn, die sowohl im Gruppe III reichem als auch im Gruppe V reichem Wachstum gültigist. Der 'Bowing Parameter' b, der die Komositionsabhängigkeit der Bandlückenenergie Egap der InxGa1-xN Schichten beschreibt wurde fürMBE gewachsene InxGa1-xN Schichten abgeleitet. Es ergab sich b=3,8±0,2 eV in Übereinstimmung mit den in der Literatur zitiertenWerten. Die optischen Untersuchungen der InxGa1-xN Schichten deckten Kompositionsschwankungen in der Kristallzusammensetzung auf, die aufdie starke Gitterverzerrung durch den Einbau der In-Atome zurückzuführen sind. Es konnte gezeigt werden, daß dieKompositions-schwankungen vom III/V Verhältnis der Atomflüsse mitbestimmt werden. Die Lumineszenz der Si dotierten InxGa1-xN Schichten wird durch Band-Band Übergänge bestimmt. Die optischen Eigenschaften dernominell undotierten InxGa1-xN Schichten sind durch die Lumineszenz gebundener Exzitonen bestimmt. Die Kompositionsschwankungenbeeinflußen dabei nachhaltig die Lumineszenz. Für die DH Strukturen mit aktiver InxGa1-xN Zone wurde ein umfassendes Modell für den Ladungsträgertransport und dieElektrolumineszenz aufgestellt. Dabei bestimmt das komplette Schichtpaket inklusive der GaN:Mg und GaN:Si Deckschichten dieoptischen und elektrischen Eigenschaften der LEDs. Die in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen zeigen, daß die Molekularstrahlepitaxie prinzipiell zur Herstellung blau und grünemittierender InxGa1-xN LEDs geeignet ist. Für eine kommerzielle Nutzung sind jedoch noch viele grundlegende Untersuchungen zu einerVielzahl von Fragestellungen nötig.