Versetzungsreduzierte AIN- und AIGaNSchichten als Basis für UV LEDs (PDF)

Im Rahmen dieser Dissertation wurden AlN und AlGaN als UV-transparente Basisschichten mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie auf c-planaren Saphirsubstraten abgeschieden. Eine Reduktion der Versetzungsdichte und der Verspannung in diesem Material ist entscheidend für die Anwendung als Basisschichten für lichtemittierende Bauelemente – und damit die Grundlage für effiziente UV-LEDs.
Zunächst wurde glattes und versetzungsreduziertes AlN auf Saphir reproduzierbar abgeschieden. Mit einer Optimierung der Wachstumsbedingungen konnte die Schraubenversetzungsdichte in den AlN-Schichten signifikant reduziert werden. Allerdings wird dadurch eine Prozessinstabilität verursacht, die zu einer Rauigkeit führen kann. Dies lässt sich durch die Existenz von Inversionsdomänen erklären. Mit einem optimierten Desorptionsprozess konnten reproduzierbar glatte AlN/Saphir-Schichten als Grundlage für alle folgenden Untersuchungen hergestellt werden. Da die Stufenversetzungsdichte in diesen Schichten noch zu hoch ist, um effiziente LEDs zu realisieren, wurde der Ansatz des epitaktischen lateralen Überwachsens mit AlN verfolgt. Mittels dieser Methode wurde eine Versetzungsreduktion um mehr als eine Größenordnung erreicht, die mit verschiedenen Charakterisierungsmetho-den verifiziert wurde. Zudem konnten der Einfluss verschiedener Wachstumsparameter auf das Lateralwachstum von AlN bestimmt und verschiedene Motive und deren Auswirkungen auf das Koaleszenzverhalten untersucht werden.
Dabei konnten verbesserte Eigenschaften von UV-LED Hetero-strukturen nachgewiesen und die Eignung der Schichten als Basis für UV-B LEDs verifiziert werden. Für die Entwicklung von UV-C LEDs konnten auf den entwickelten Templates n-leitfähige AlGaN-Schichten mit einem Al-Gehalt von über 77 % realisiert und eine Steigerung der internen Quanteneffizienz von AlGaN-Quantenfilmen erreicht werden. Diese Ergebnisse legen die Grundlage für die Realisierung von kurzwelligen UV-C LEDs mit Emissions-wellenlängen unter 250 nm.