Metallorganische und Hydridgasphasenepitaxievon semipolaren (11-22)-orientierten GaN-Schichten auf vorstrukturierten Saphir-Substraten

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In dieser Dissertation wird die Herstellung qualitativ hochwertiger, semipolarer (11-22)-orientierter GaN-Schichten untersucht. Im Vergleich zur gängigen c-Orientierung weisen Quantenfilme auf der (11-22)-Kristallebene ein deutlich reduziertes internes Polarisationsfeld auf, was gegen den starken Effizienzeinbruch im grünen und gelben Bereich des sichtbaren Spektrums („Grüne Lücke“) helfen könnte. Basierend auf einer Methode, die ursprünglich von Okada et al. ¹ entwickelt wurde, werden GaN-Schichten selektiv auf vorstrukturierten Saphir-Substraten mittels Metallorganischer (MOVPE) und Hydridgasphasenepitaxie (HVPE) abgeschieden. Eine Submonolage SiNx vor der Koaleszenz ermöglicht eine deutliche Defektreduzierung. Der Einfluss der Kontur von GaN-Streifen auf das Koaleszenzverhalten und die Defektentwicklung wird mit Hilfe von Si-dotierten Markerschichten visualisiert und anhand von TEM-Untersuchungen deutlich. Studien an fehlorientierten Substraten zur Ausrichtung der (11-22)GaN-Kristallebene zur Waferoberfläche vertiefen das Verständnis. Auch der Einfluss der Saphir-Grabenperiode und -tiefe wird erläutert. Abschließend wird untersucht, wie dicke HVPE-GaN-Schichten die Defektdichte weiter reduzieren können. Die hergestellten Schichten werden in das internationale Forschungsumfeld eingeordnet. Eine semipolare LED demonstriert die praktische Einsatzfähigkeit.

¹ N. Okada et al. „Growth of Semipolar (11-22) GaN Layer by Controlling Anisotropic Growth Rates in r-Plane Patterned Sapphire Substrate“. Appl. Phys. Express 2, 091001—1-3 (2009).