ISBN 978-3-8439-2640-9

978-3-8439-2640-9, Reihe Physik

Anna Nirschl
Auger-Rekombination und Droop in InGaN-Quantentöpfen

146 Seiten, Dissertation Universität Regensburg (2015), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In dieser Dissertation wird die Auger-Rekombination als mögliche Ursache des sogenannten Droop-Phänomens von (AlGaIn)N-Leuchtdioden (LEDs) untersucht. Der Effekt, welcher Industrie und Forschung gleichermaßen seit vielen Jahren beschäftigt, bezeichnet die Abnahme der internen Quanteneffizienz bei Stromdichten bereits unterhalb des typischen Betriebspunktes solcher Bauelemente. Als Ursache wurden verschiedene Mechanismen kontrovers diskutiert. Auf Grund der Komplexität der vorgeschlagenen physikalischen Vorgänge ist häufig eine direkte Messung nicht möglich und auch theoretische Modelle gelangen an ihre Grenzen. Dies trifft insbesondere auf die Auger-Rekombination als drei Teilchen-Prozess zu, bei dem ein Elektron und ein Loch nicht-strahlend rekombinieren und ihre Energie an einen dritten Ladungsträger übertragen.

In dieser Arbeit wird nun ein Konzept vorgestellt, welches es ermöglicht Auger-Rekombination direkt zu messen und zum Droop zu korrelieren. Dazu wird ein Quantentopf in einer epitaktisch hergestellten Teststruktur mit einem Laser derart angeregt, dass Auger-Rekombination hochenergetische Ladungsträger generiert. Diese werden schließlich in einem weiteren Quantentopf, der als Detektor fungiert, eingefangen. Wenn sowohl Elektronen als auch Löcher in diesem Detektionstopf vorhanden sind, können sie strahlend rekombinieren und somit über die entsprechende Lumineszenz indirekt nachgewiesen werden. Mit diesem experimentellen Ansatz konnten 15 Prozent des Droops auf Auger-Rekombination zurückgeführt werden.

Im weiteren Verlauf der Arbeit wird schließlich die Detektionseffizienz der Auger-Rekombination untersucht und optimiert. Erstens konnte mit unterschiedlichen Teststrukturen gezeigt werden, dass der Transfer und Einfang der „heißen“ Ladungsträger in den Detektionstopf ihren Nachweis limitieren. Im Zuge dessen wurden zusätzlich grundlegende Eigenschaften des Transportmechanismus der Teilchen im hochenergetischen Zustand herausgestellt. Zweitens wurde evaluiert, dass die niedrigere Ladungsträgerdichte von Löchern im Detektionstopf auf Grund der im Vergleich zu den Elektronen geringeren Generation im Auger-Prozess die Nachweiseffizienz einschränkt. Zur Optimierung wurde eine Methode theoretisch analysiert und experimentell durchgeführt, welche das Verhältnis der generierten hochenergetischen Ladungsträger in Richtung der Löcher verschiebt und somit die Detektionseffizienz verbessert.