Untersuchungen zu AlBGaN Hetero-Strukturen für UV-LED Anwendungen
Loading...
Date
2021-02-19
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publication Type
Dissertation
Published in
Abstract
Diese Arbeit untersucht das epitaktische Wachstum von neuartigen borhaltigen AlGaN-Mischkristallen und deren Anwendbarkeit in ultravioletten Leuchtdioden. Aufgrund von Gitterkonstantenunterschieden in herkömmlichen AlGaN-Heterostrukturen kommt es zu Gitterverspannungen und zur Reduzierung der Effizienz der produzierten optoelektronischen Bauelemente. Durch die Zugabe von Bor kann dieses Problem verringert werden.
Beim Wachstum von nur wenigen hundert Nanometer dicken AlBN-Schichten zeigt sich im Vergleich zum defektarmen reinen AlN-Wachstum eine starke Degradierung der Kristallqualität. Charakterisierungen zeigen, dass 5 % borhaltige Schichten eine Phasentrennung zwischen BN und AlBN und kolumnares Wachstum aufweisen.
Trotz theoretisch vorhergesagter Verbesserung der Mischbarkeit, konnte dies durch Erhöhung der Wachstumstemperatur nicht verhindert werden.
Durch Analyse der Rauheitsentwicklung mit steigender Schichtdicke wird gezeigt, dass sich kolumnares Wachstum erst nach einigen Nanometern entwickelt und dass AlBGaN-Schichten mit 20 nm Dicke gute Lumineszenzeigenschaften aufweisen. Diese sind jedoch konventionellen AlGaN-Schichten unterlegen.
Mittels einer 10-fach Übergitterstruktur aus 7 nm AlBGaN- und 10 nm AlN-Schichten wird gezeigt, dass sich die leicht rauen, dünnen AlBGaN-Schichten durch das Überwachsen nicht glätten lassen. Schon nach zwei Iterationen zeigt sich bereits eine Ausbildung von semipolaren, schrägen Facetten, wobei die Kristallorientierung weiterhin gut ist.
Experimente mit nur wenigen Nanometer dicken Schichten beweisen, dass sich Bor bis zu einem Gehalt von 2,4 % komplett in die wurtzitische Phase des Kristalls einbaut, sich hier jedoch die Kristallqualität bereits verschlechtert. Dies spiegelt sich sowohl in Transmissionselektronenmikroskop-, als auch in Lumineszenz-Untersuchungen wieder und ändert sich auch durch Wechseln des Quellmaterials von Triethylbor zu Triisopropylbor nicht.
Borhaltige Schichten weisen, neben Rauheit und Defekten, auch einen erhöhten Einbau von Verunreinigungen wie z.B. Sauerstoff auf. Die vorliegenden Untersuchungen deuten darauf hin, dass die Oberflächenrauheit hierbei einen großen Einfluss hat.
Neuere Veröffentlichungen zeigen, dass durch Tempern von AlN-Schichten bei bis zu 1800 °C durch Reorientierung der Kristallstruktur eine starke Verringerung der Defektdichte auftritt. Die in dieser Arbeit dargestellten Untersuchungen von AlBN-Schichten mit 5 % Borgehalt mehrerer hundert Nanometer Dicke zeigen, dass das Tempern zu einer Transformation des kolumnaren Wachstums in eine Körnerstruktur führt. Mittels Elektronenenergieverlustspektroskopie kann aufgezeigt werden, dass sich in den Körnern Bor anreichert. Die Migration der Boratome weist auf die sehr geringe Mischbarkeit von Bor in AlN hin.
Description
Faculties
Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Informatik und Psychologie
Institutions
Institut für Funktionelle Nanosysteme
Citation
DFG Project uulm
License
Standard
Keywords
AlBGaN, MOVPE, AlBN, BGaN, UV-LED, MOCVD-Verfahren, Epitaxie, Metal organic chemical vapor deposition, Ultraviolet radiation, Epitaxy, DDC 540 / Chemistry & allied sciences