Untersuchung von unpolaren InGaN/GaN-Quantentopf-Strukturen auf Lithiumaluminat-Substraten

铝酸锂衬底上非极性 InGaN/GaN 量子阱结构的研究

• 批准号: 58672607
• 负责人: Dr. Holger Kalisch
• 金额: --
• 依托单位: Abteilung für Mikrostruktur
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2006-12-31 至 2010-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/58672607?language=en
• 关键词: Untersuchung; von; unpolaren; InGaN; GaN

Galliumnitrid (GaN)-basierende Heterostrukturen mit unpolaren Grenzflächen zeigen wegen der fehlenden Polarisationsfelder in Wachstumsrichtung eine erhöhte Rekombinationseffizienz in Quantentopf-Strukturen. Ausgestattet mit anisotropen Kristalleigenschaften, die zu einer polarisierten Emission von Licht führen, gelten diese als viel versprechende Grundlage für neuartige optische Bauelemente. Lithiumaluminiumoxid (LiAlO2, im Folgenden abgekürzt mit LAO), das als Substrat die Epitaxie von unpolarem (1-100) m-plane-GaN erlaubt, bietet gegenüber aufwändig herzustellenden reinen GaN-Substraten erhebliche preisliche Vorteile. Ein Problem bei der Heteroepitaxie stellen trotz der vergleichsweise geringen Gitteranpassung von LAO zu GaN noch die hohen Verspannungen der Schichten dar, die als wahrscheinlichste Ursache für die Bildung von Defekten und einer relativ rauen Oberfläche gelten. Daneben ist bei diesem speziellen Substrat noch die Ausdiffusion von Sauerstoff, der sich in die GaN-Schicht einbaut und als Hintergrunddotierung störend wirkt, ein Problem.Das vorliegende Projekt soll aufbauend auf den bisherigen Untersuchungen zur Abscheidung von planaren m-plane-GaN-Schichten auf LAO Wege aufzeigen, mit denen über die Epitaxie dreidimensionaler Strukturen das Problem der Verspannung und Defektbildung gelöst oder zumindest abgemildert werden kann. Die Erzeugung der 3D-Strukturen erfolgt einerseits in mikroskopischen Dimensionen über die Strukturierung des LAO-Substrats. Auf diesem Wege wird durch die Abscheidung auf effektiv kleineren Grundflächen die Verspannung in der Schicht deutlich reduziert. Die Strukturierung erfolgt über nasschemisches Ätzen und evtl. zusätzliche Abdeckung der geätzten Gräben mit einem Dielektrikum. Das trägt dazu bei, die Diffusion von Sauerstoffverbindungen aus dem Substrat zu unterdrücken und so die Hintergrunddotierung zu reduzieren. Eine weitere Verbesserung wird durch eine Rückseitenbedeckung des Substrats z.B. mit SiN oder Titan angestrebt. Die Anisotropie der Gitterfehlanpassung wird bei der Dimensionierung der Grundlächengeometrie der erzeugten Strukturen im Substrat berücksichtigt, so dass der Einfluss von Verspannungen in den unterschiedlichen Kristallrichtungen studiert werden kann. Andererseits werden über die Züchtung von so genannten Nanodrähten die Eigenschaften solcher nanoskaliger Strukturen untersucht, die in jüngster Zeit nicht nur im Bereich der Gruppe III-Nitride große Aufmerksamkeit erlangt haben. Diese Nanodrähte werden mit Hilfe von katalytisch wirkenden Metallkolloiden direkt auf dem Substrat abgeschieden und hinsichtlich ihrer kristallinen Feinstruktur und der optischen Eigenschaften untersucht. Aus den Unterschieden zu planar gewachsenen Schichten werden Rückschlüsse zu Verspannung, Defekten und Einbau von Verunreinigungen erwartet.In konsequenter Fortsetzung der Charakterisierung von InGaN/GaN-Quantentöpfen werden diese Heteroübergänge sowohl auf den strukturierten LAO-Substraten als auch in die Nanodrähte eingebracht und untersucht. Für ersteres steht die Untersuchung des Einflusses von Verspannung und Defekten für die Qualität der Quantentöpfe im Vordergrund. Optische und strukturelle Daten werden mit denen auf unstrukturierten Substraten verglichen. Im Weiteren werden auf strukturierten und unstrukturierten Substraten auch LED-Schichtfolgen hergestellt, die schließlich zu LEDs prozessiert werden. Auf diese Weise sind vergleichende Elektrolumineszenzmessungen möglich, die Auskunft über die mögliche Verwertbarkeit dieser Techniken geben können. Der Einbau von InGaN/GaN-Quantentöpfe in Nanodrähte stellt eine besondere Herausforderung dar, da das laterale und vertikale Wachstum gut kontrolliert werden muss. Die beiden möglichen Wege des Aufbaus in axialer und radialer Richtung werden angegangen und auf ihre Realisierbarkeit hin geprüft. Mit dem Einbau von Quantentöpfen in axialer Richtung eines Nanodrahts ist die Herausforderung der Herstellung und Charakterisierung von InGaN-Quantenpunkten (0-dimensionales System) verbunden. Deren strukturelle und optische Eigenschaften zu untersuchen und mit denen von Nanodrähten (1D) und planaren Schichten (2D) zu vergleichen, stellt einen großen Fortschritt in der Entwicklung von neuartigen nanoskaligen optischen Bauelementen dar.

氮化镓（GaN）基异质结，具有非极化的Grenzflächen zeigen wegen der fehlenden Polarizationsfelder in Wachstumsrichtung eine erhöhte Rekombinationsefizienz in Quantentopf-Strukturen。Ausgestattet with anisotropen Kristalleigenschaften，die zu einer polarisierten Emission von Licht führen，gelten diese als viel versprechende Grundlage für neuartige optische Bauelemente.锂铝氧化物（LiAlO 2，im Folgenden abgekürzt mit LAO）作为非极性（1-100）m-plane-GaN的外延衬底，可以使GaN衬底的厚度更大。在异质外延的问题上，由于LAO的Gitteranpassuggung到GaN上的Gitteranpassugung也是Schichten的最高版本，因此对于Defekten的教育和相对较低的Oberfläche gelten来说，这是一个非常重要的问题。在Sauerstoff的Ausdiffusion衬底上，GaN-Schicht结构和后基结构是一个问题。该项目将在LAO边界上的平面GaN-Schichten结构上进行更深入的研究，而外延结构的尺寸和缺陷问题将在韦尔登空间中解决。3D结构的制作在显微镜下进行，而不是在LAO基片上进行。在这一阶段，我们将通过有效的基础设施建设来减少德国在这一领域的投入。Die Strukturierung erfolgt über nasschemisches Ätzen und evtl.他用一个电灯泡把一个绿色的玻璃杯给了阿贝肯。Das trägt dazu bei，die Diffusion von Sauerstoffverbindungen aus dem Substrat zu unterdrücken and so die Hintergrunddotierung zu reduzieren. Eine weitere Verbesserung wird durch eine Rückseitenbedeckung des Substrats z.B.有SiN或泰坦的愤怒。Gitterfehlanpassung的各向异性将在基底中的基本结构测量中得到解释，因此可以韦尔登研究中的Verspannungen的影响。另外，韦尔登认为，在第三代氮化物集团的大规模发展中，纳米结构的特征性纳米材料的使用并不局限于此。这种纳米韦尔登可以通过对基底上的金属胶体进行催化分解而形成，并且可以通过光学特性来获得晶体结构。通过对GaN/GaN-Quantentöpfen异质结的特性研究，我们发现，在纳米晶衬底上的GaN/GaN-Quantentöpfen异质结也可以通过结构化的LAO-Substrate实现。Für ersteres steht die Untersuchung des Einflusses von Verspannung und Defekten für die Qualität der Quantentöpfe im Vordergrund.光学和结构数据韦尔登和结构数据在无结构的基底上是透明的。在外部韦尔登结构和非结构衬底上也有LED-Schichtfolgen hergestellt，LED表面的图案韦尔登。由于这是一种非常先进的电子发光技术，因此这一技术的先进性得到了提高。纳米级的InGaN/GaN量子点的制造需要一个横向和纵向的波导管，这需要韦尔登的控制。在轴向和径向上的Aufbaus的最好的边缘是韦尔登的，并且在其上有一个真实的轮廓。在轴向计算中，量子力学的纳米线是InGaN量子点（0维系统）的Herstellung和Charakterisierung。Deren strukturelle und optische Eigenschaften zu untersuchen und mit denen von Nanodrähten（1D）und planaren Schichten（2D）zu vergleichen，stellt einen großen Fortschritt in der Entwicklung von neuartigen nanoskeligen optischen Bauelementen dar.

项目成果

Impact of nitridation on structural and optical properties of MOVPE-grown m-plane GaN layers on LiAlO2

氮化对 LiAlO2 上 MOVPE 生长的 m 面 GaN 层的结构和光学性能的影响

• DOI: 10.1002/pssc.200880790
• 期刊: Physica Status Solidi (c)
• 作者: C. Mauder;L. Rahimzadeh Khoshroo;H. Behmenburg;B. Reuters;M. Bösing;M. V. Rzheutskii;E. V. Lutsenko;G. P. Yablonskii;J. F. Woitok;M. M. C. Chou;M. Heuken;H. Kalisch;R. H. Jansen
• 通讯作者: R. H. Jansen