Wachstum und Charakterisierung von ein- und zweidimensional gitterangepasstem AlInN auf GaN verschiedener Orientierungen für verspannungsfreie und metamorphe Puffer-Schichten

Korn, Ernst Roland

Das Thema dieser Arbeit bilden das Wachstum mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie und die Charakterisierung von ein- und zweidimensional gitterangepasstem AlInN auf polaren, nicht- und semipolaren GaN-Schichten und –Substraten unterschiedlicher Orientierungen. Zunächst fand eine systematische Optimierung unterschiedlicher Wachstumsparameter, wie z.B. der Wachstumstemperatur, des Reaktordrucks, der Quellflüsse und dem V/III-Verhältnis statt. Hierbei zeigte sich, dass die Zusammensetzung fast ausschließlich von der Wachstumstemperatur bestimmt wird. Mittels spektroskopischer Ellipsometrie ließ sich ein gesteigerter Kontrast im Brechungsindex für gitterangepasstes AlInN und GaN gegenüber 10%igem AlGaN und GaN nachweisen. Anschließend wurden für dicke Schichten auftretende Probleme, wie die Aufrauung mit zunehmender Schichtdicke und die damit einhergehende Kompositionsaufspaltung, tiefergehend untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die sich ausbildenden V-förmigen Löcher nicht die Ursache, sondern eher eine Konsequenz der auftretenden Probleme sein müssen. In Experimenten mit Zehnfach-Übergitterstrukturen aus AlInN/GaN-Schichtpaaren, wurde gezeigt, dass der Indiumeinbau in die AlInN-Schichten bereits in den ersten wenigen Nanometern instabil ist. Auf Basis dieser Daten wurden physikalische Modelle zur Erklärung der beobachteten Phänomene entwickelt, welche auf einem verzögerten Einbau von Indium fußen. Des Weiteren konnte nachgewiesen werden, dass kein parasitärer Einbau von Gallium in das AlInN stattfindet, wie er von anderen Arbeitsgruppen in der Literatur berichtet wird. Beim Vergleich von nicht- und semipolaren AlInN-Schichten mit polaren Strukturen konnte nachgewiesen werden, dass sich der Indiumeinbau und die Wachstumsraten für keine dieser Strukturen unterscheiden. Sowohl für die nicht- als auch semipolaren Strukturen konnte gezeigt werden, dass es durch die Wahl der Richtung der Gitteranpassung und der Schichtdicke möglich ist, die Schichten in der Wachstumsebene gezielt hin zu größeren bzw. kleineren Atomabständen relaxieren zu lassen. Durch die gezielte Relaxation der AlInN-Schichten wird die Möglichkeit gegeben, die anisotrope Verspannung von GaInN/GaN-Quantentopfstrukturen zu beeinflussen. Durch eine Relaxation hin zu größeren Atomabständen in der Wachstumsebene sollten höhere Indiumgehalte für diese GaInN/GaN-Quantentopfstrukturen realisierbar werden, womit eine Schließung des sogenannten „Green Gap“ in greifbare Nähe rückt.

The main topic of this thesis are the growth via metalorganic vapor phase epitaxy, and characterization of one- and two-dimensionally lattice matched AlInN-layers on polar, non-, and semipolar GaN-substrates and –templates of different orientations. In the first instance, there was a systematic optimization of several growth parameters, like growth temperature, reactor pressure, source fluxes, and V/III-ratio. It became apparent, that the composition of the AlInN-layers is determined primarily by the growth temperature. Measurements via spectroscopic ellipsometry revealed an enhanced contrast in refraction indices of lattice matched AlInN and GaN compared to AlGaN with an aluminum content of 10% and GaN. After that, problems, upcoming during deposition of thick AlInN-layers, has been investigated in detail. A strong deterioration of the surface morphology and some kind of composition splitting come along with the deposition of thick AlInN-layers. It could be demonstrated, that the V-pits, developing during AlInN growth, are rather a consequence than the origin of the arising problems during deposition of thick AlInN-layers. In experiments with tenfold superlattice-structures, it became apparent, that there are strong instabilities in indium incorporation in the first few nanometers of growth. On the basis of these data, physical models for explanation of the observed phenomena basing on a delayed indium incorporation have been developed. Furthermore, it could be proved, that there is no parasitic gallium incorporation into AlInN. Comparing non- and semipolar AlInN-layers with polar structures, there was no difference for indium incorporation efficiency and growth rate. For the nonpolar, as well as for the semipolar AlInN-layers, controlled relaxation in different in-plane directions has been realized by choosing the direction of lattice matching and layer thickness properly. This gives the possibility to specifically influence the anisotropic strain on GaInN/GaN-quantumwell structures. By controlled relaxation towards larger in-plane lattice constants, higher indium contents in GaInN/GaN-quantumwell structures should be realizable. With this, closing the so-called “green gap” is getting within reach.

Vorschau

Zitieren

Zitierform:

Korn, Ernst: Wachstum und Charakterisierung von ein- und zweidimensional gitterangepasstem AlInN auf GaN verschiedener Orientierungen für verspannungsfreie und metamorphe Puffer-Schichten. 2016.

Zugriffsstatistik

Gesamt:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:
12 Monate:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:

Details anzeigen

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:
Alle Rechte vorbehalten

Export