ISBN 9783843922180

978-3-8439-2218-0, Reihe Physik

Benjamin Neuschl
Optische Spektroskopie an nitridischen Halbleiterstrukturen

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

Zusammenfassung / Abstract

Trotz reger Forschung in den vergangenen Jahren sind manche essentielle Materialeigenschaften der Nitride nicht zuverlässig untersucht oder gar unbekannt, und so manche physikalische Zusammenhänge sind grundlegend unverstanden. Diese Arbeit widmet sich der Bestimmung bislang verhüllter Eigenschaften von vier verschiedenen nitridischen Halbleitersystemen.

So wird für den ternären Halbleiter Aluminium-Gallium-Nitrid die Komposition ermittelt, bei der die obersten beiden Valenzbänder kreuzen. Diese hängt einerseits stark von der Verzerrung der Kristallstruktur ab, und wirkt sich zudem auf die fundamentalen optischen Eigenschaften des Materials sowie darauf basierender Bauelemente aus. Bei sogenannten Konverterstrukturen soll grünes Licht durch Absorption und Konversion blauer oder ultravioletter Strahlung in Quantenfilmen aus Indium-Gallium-Nitrid erzeugt werden. Sowohl die Absorptions- als auch die Emissionseigenschaften hängen stark von der Beschaffenheit der Quantenfilme ab. In dieser Arbeit wird der Einfluss der Orientierung, Komposition und Dicke experimentell und numerisch untersucht. Homoepitaktisches Schichtwachstum des binären Halbleiters Aluminium-Nitrid ermöglicht Proben mit außergewöhnlich hoher Materialqualität, so dass das Materialsystem sehr präzise untersucht werden kann. Insbesondere die optischen Signaturen von Silizium-Donatoren sind im Fokus der Untersuchung. Sie liefern Hinweise auf die elektronische Struktur der Donatoren. Dadurch kann die Rolle der Silizium-Atome im Aluminium-Nitrid-Kristall kontrovers diskutiert werden. Zuletzt wird die Feinstruktur von Eisen-Ionen im Ladungszustand 3+ mit Emissions- und Absorptionsspektroskopie, teilweise in externen Magnetfeldern, vermessen. Die Störungen der freien Ionen durch das Kristallfeld, die Spin-Bahn-Kopplung und die Zeeman-Wechselwirkung werden quantenmechanisch berechnet, woraus sich die exakte Beschreibung der experimentellen Daten und das vollständige Termschema ergibt.

Die vorgestellten experimentellen Ergebnisse und Modellrechnungen gehen zum größten Teil deutlich über den bis dato bekannten Wissensstand hinaus und werden daher sehr hilfreich bei der optischen Spektroskopie sowie bei der Entwicklung hexagonaler Gruppe-III-Nitride sein. Mit neuen grundlegenden Erkenntnissen über die behandelten Materialsysteme trägt diese Dissertation zur Optimierung optoelektronischer Bauelemente für den sichtbaren und UV-Bereich bei.