Photolumineszenz bei hohen Temperaturen aus epitaktisch wachsenden Nitrid-Halbleiterschichten zur In-situ-Materialcharakterisierung
- Photolumineszenz (PL) aus Halbleiterstrukturen liefert Informationen bezüglich verschiedener Materialparameter wie z.B. Bandlücke, Schichtdicke sowie Temperatur. PL-Messungen werden klassischerweise erst ex situ und somit nach dem Produktionsprozess vorgenommen. Wird eine derartige PL-Messung während der Epitaxie einer Halbleiterstruktur und den damit verbundenen hohen Wachstumstemperaturen durchgeführt, erlaubt dies eine quasi-kontinuierliche In-situ-Charakterisierung der optoelektronischen Eigenschaften dieser Struktur zum frühestmöglichen Zeitpunkt, also noch in der Produktionsphase. Hierdurch wird eine In-situ-Optimierung der Prozessparameter ermöglicht, welche bei einer Ex-situ-Messung nicht gegeben ist. Die vorliegende Arbeit beschreibt zunächst theoretisch und dann anhand praktischer Messungen an industrienahen Epitaxie-Anlagen erstmals eine quasi-kontinuierliche In-situ-PL-Messung am Beispiel von wachsenden Nitrid-Halbleiterstrukturen. Über zeitaufgelöste PL-Messungen wird ein temperaturabhängiger Quenching-Mechanismus bei Gallium-Nitrid (GaN) und Indium-Gallium-Nitrid (InGaN) aufgezeigt, welcher den Einsatz von gepulsten Lasern als PL-Anregungsquelle bei hohen Wachstumstemperaturen einer Epitaxie erforderlich macht. Mit In-situ-PL-Messungen können hierdurch erstmals verschiedene Parameter einer gerade wachsenden Halbleiterschicht charakterisiert werden. Neben der Bestimmung der Temperatur und der Schichtdicke einer wachsenden, auf InGaN basierten LED-Struktur wird auch die Möglichkeit demonstriert, in einem frühen Stadium des Wachstums einer LED-Struktur ihre spätere Emissionswellenlänge bei Raumtemperatur vorherzusagen, und dies mit einer Genauigkeit von ± 1,3 nm (2σ). Diese Arbeit zeigt somit neben den industriell etablierten Messtechniken, wie z.B. pyrometrische Verfahren, eine weitere Möglichkeit zur Prozessüberwachung einer Epitaxie auf.
Author: | Christoph Prall |
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URN: | urn:nbn:de:hbz:464-20180619-150421-3 |
DOI: | https://doi.org/10.17185/duepublico/46204 |
Referee: | Daniel Erni, Dirk Rueter, Roland Schmechel |
Advisor: | Daniel Erni, Dirk Rueter |
Document Type: | Doctoral Thesis |
Language: | German |
Year of Completion: | 2018 |
Date of final exam: | 2018/05/08 |
Release Date: | 2018/07/02 |
Tag: | GaN; Gallium; InGaN; Indium; LED; Licht emittierende Dioden; MOVPE; Nitrid; Photolumineszenz; Prozesscharakterisierung; metallorganische Gasphasenepitaxie light emitting diodes; metal organic chemical vapor phase epitaxy; nitride; photoluminescence; process characterization |
Page Number: | 121 |
Institutes: | Fachbereich 4 - Institut Mess- und Senstortechnik |
DDC class: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau |
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 621.3 Elektrotechnik, Elektronik | |
Licence (German): | Creative Commons - Namensnennung-Nicht kommerziell-Keine Bearbeitung |