Strahlende und nichtstrahlende Rekombination in GaInN/GaN Quantenfilmen

Netzel, Carsten

Die Gruppe-III-Nitride Galliumnitrid (GaN), Indiumnitrid (InN) und Aluminiumnitrid (AlN) bilden ein Halbleitermaterialsystem, dessen ternäre und quaternäre Mischverbindungen Al(x)In(y)Ga(1-x-y)N direkte Bandlücken besitzen, die sich über einen Energiebereich von 0.65 bis 6.2 eV erstrecken. Das Materialsystem deckt damit einen Spektralbereich ab, der von infrarot, über das gesamte sichtbare, bis nach ultraviolet reicht, wobei die direkte Bandlücke eine effiziente Lichterzeugung in diesen Halbleitern ermöglicht. So werden Quantenfilmstrukturen aus dem Materialsystem in optoelektronischen Bauteilen wie LEDs und Halbleiterlasern verwendet. Die Untersuchungen in dieser Arbeit beschäftigen sich mit dem Auftreten von invers pyramidalen Aussparungen mit hexagonalem Grundriss (V-Defekte) in der Kristallstruktur von mittels Metallorganischer Gasphasenepitaxie gewachsenen GaInN/GaN Quantenfilmstrukturen und den Auswirkungen, die die V-Defekte bzw. die Quantenfilmstrukturen auf den Kristallfacetten der V-Defekte auf die Emissions- und Rekombinationseigenschaften der gesamten GaInN/GaN Quantenfilmstrukturen haben. Dabei wird insbesondere auf die Wirksamkeit der V-Defekte zur Unterdrückung nichtstrahlender Verlustprozesse von optisch erzeugten Überschussladungsträgern im Quantenfilmsystem und auf die Dynamik der Rekombinationsprozesse eingegangen. Ausserdem werden die nichtstrahlenden Verluste in Halbleiterlaserstrukturen mit GaInN/GaN Quantenfilmen als verstärkendes Medium, die Bedeutung von V-Defekten für Laserstrukturen und die Auswirkungen der Laseralterung auf die Quantenfilmstruktur untersucht. Die Quantenfilmstrukturen wurden mittels temperaturabhängiger zeitaufgelöster Photolumineszenz, temperatur- und leistungsabhängiger Photolumineszenz im Dauerstrichbetrieb und der optischen Verstärkungsspektroskopie mit der variablen Strichlängenmethode studiert.

The group-III-nitrides, gallium nitride (GaN), indium nitride (InN), and aluminium nitride (AlN), represent a system of semiconductors which ternary and quaternary compositions Al(x)In(y)Ga(1-x-y)N have direct bandgaps with energies from 0.65eV to 6.2eV. So, the group-III-nitrides cover a spectral range from infrared, via the whole visible, to the ultaraviolet spectral region. The direct bandgap allows for an efficient light generation in these semiconductors. Therefore, group-III-nitride quantum well structures are used in optoelectronic devices like LEDs or semiconductor lasers. These studies deal with the formation of inverse pyramidal pits with hexagonal base (V-shaped pits) in the crystalline structure of MOVPE-grown (metal organic vapour phase epitaxy) GaInN/GaN quantum well structures and with the effects of the V-Shaped pits or the quantum wells on the V-shaped pit's facets on the emission and recombination characteristics of the whole GaInN/GaN quantum well structure. Especially the effectiveness of the V-shaped pits, suppressing the nonradiative recombination of optically generated excess carriers in the quantum well structure, and the recombination dynamics of excess carriers in the quantum wells are analyzed. Furthermore, the nonradiative recombination in semiconductor lasers with GaInN/GaN quantum wells in the active region, the relevance of V-shaped pits for laser structures, and the effects of aging on the GaInN/GaN quantum wells of laser structures are studied. The quantum well structures are examined with temperature dependent time-resolved photoluminescence, temperature and excitation power dependent contiuous-wave photoluminescence, and optical gain measurements with the variable stripe length method.

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Netzel, Carsten: Strahlende und nichtstrahlende Rekombination in GaInN/GaN Quantenfilmen. 2007.

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