Limitierende Mechanismen für (Ga,Al,In)N-basierte LED-Strukturen im grünen und ultravioletten Spektralbereich

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Die Verbindungshalbleiter der Gruppe III-Nitride, also die Verbindungen von Gallium, Aluminium und Indium mit Stickstoff, bilden heute die Grundlage für moderne, sichtbar emittierende Lichtemitter. Trotz der bisher erreichten hohen Effizienzen im blauen und violetten Spektralbereich beobachtet man einen starken Einbruch der Effizienz bei ultraviolett und grün emittierenden LEDs auf Basis dieser Materialklasse. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Frage nach den Ursachen dieser deutlichen Effizienzabnahme und zeigt Wege zur Optimierung hinsichtlich einer höheren Effizienz auf.
Nach einer Einführung in die Materialklasse der Gruppe III-Nitride werden die Grundlagen der verwendeten Wachstumsmethode, der metallorganischen Gasphasenepitaxie (MOVPE), sowie die Grundlagen der angewendeten Untersuchungsmethoden vorgestellt. In den folgenden Kapiteln wird dann gezeigt, dass für Nitrid-basierte LEDs nur eine hohe Effizienz erreicht werden kann, wenn es gelingt, die Ladungsträger von den zahlreichen Defekten abzuschirmen. Die Grundlage dieser Defektabschirmung bildet dabei die Dekoration jedes einzelnen Defekts mit einem V-pit. Es wird gezeigt, dass dieses Konzept universell im gesamten (In,Ga,Al)N-System anwendbar ist, unabhängig davon, ob sichtbar emittierende In-haltige LEDs oder UV-emittierende In-freie LEDs betrachtet werden. Ausgehend von hocheffizienten blauen LED-Strukturen mit niedrigem In-Gehalt wird zum einen das Wachstum von hoch-In-haltigen InGaN/GaN-Quantengräben untersucht. Andererseits werden die dabei gewonnenen Erkenntnisse hinsichtlich einer Optimierung der Effizienz auch auf In-freie LED-Strukturen übertragen.