ISBN 9783843920711

978-3-8439-2071-1, Reihe Physik

Ingo Tischer
Defektuntersuchungen an Halbleiter-Nanostrukturen

204 Seiten, Dissertation Universität Ulm (2015), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In dieser Arbeit wurden strukturelle Defekte in Gruppe-III-Nitriden bezüglich ihres Lumineszenzverhaltens untersucht. Diese Untersuchungen wurden vorrangig an einem modifizierten Rasterelektronenmikroskop (REM) durchgeführt, das um einen Meßaufbau für spektral hochaufgelöste optische Spektroskopie der emittierten Kathodolumineszenz (KL) erweitert wurde. Diese Kombination von hoher Ortsauflösung und hoher spektraler Auflösung erlaubt es, die Emission der Defekte von den exzitonischen Emissionsbanden, die teilweise durch Verzerrungen oder Fremdatome verschoben sind, zu unterscheiden. Um diese Zuordnungen zu untermauern, werden auch andere Meßmethoden wie Röntgenuntersuchungen (XRD), Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und energiedispersive Röntgenmessungen (EDX) im REM und im TEM genutzt. Die kombinierten KL- und TEM-Untersuchungen ermöglichen die Korrelation von strukturellen Defekten und Lumineszenzsignalen mit einer Ortsgenauigkeit von bis zu 40nm. Neben diesen Messungen wurden theoretische Modellrechnungen für die elektronische Struktur der basalen Stapelfehler (BSFs) angestellt und verifiziert.

Mit diesen Messungen wurden BSFs vom Typ I2 mit einer Emissionsenergie vpn 3.35eV in GaN identifiziert. Weiterhin wurde Einfluß eines durch Defekte verursachten veränderten Al-Gehalts einer AlGaN-Ladungsträgerbarriere auf die Effizienz einer semipolaren Leuchtdiodenstruktur wurde untersucht. Durch kombinierte Untersuchungen der Stromcharakteristik bei der Elektrolumineszenz (EL), REM-KL, elektronenstrahlinduzierte Strommessungen im REM (EBIC) und bei TEM-Messungen wurde ein negativer Einfluß auf die LED-Effizienz nachgewiesen. Kubische Einschlüsse können den Al-Gehalt verändern, was zu Unterbrechungen in der Barriereschicht führt. Dieses Ergebnis paßt zum hohen Leckstrom und der schlechten Lumineszenzausbeute der untersuchten LED.

Die optischen und strukturellen Eigenschaften einer Serie von koaxialen Nanosäulen aus ZnO/GaN/InGaN wurden mittels REM-KL und TEM untersucht. Reabsorbiertes ZnO könnte für die Bildung der vermutlich durch Gitterfehlanpassung verursachten Versetzungen und verantwortlich sein. Die Ausbildung von a-orientierten Zwischenfacetten zwischen den gewünschten m-Flächen, verschlechtern die Homogenität der anschließend gewachsenen Quantenfilme. Auch hier wurden BSFs nachgewiesen.