Wachstum von nicht- und semipolaren InAIGaN-Heterostrukturen für hocheffiziente Lichtemitter

Optoelektronische Bauelemente auf der Basis von Galliumnitrid (GaN) und seinen Legierungen InGaN und AlGaN emittieren Licht vom sichtbaren bis in den ultravioletten Spektralbereich. Bei fast allen GaN-basierten Leuchtdioden (LEDs) und Laserdioden (LDs) sind die Kristalle entlang der polaren (0001)-Richtung orientiert, bei der sich eine stabile Wachstumsoberfläche ausbildet. Die resultierenden Polarisationseffekte haben allerdings negative Auswirkungen auf die optischen Eigenschaften der Lichtemitter. So verursachen sie eine Wellenlängenverschiebung mit ansteigender Stromdichte und verringern die Effi zienz von LEDs.

Das Wachstum von Schichten auf nicht- bzw. semipolaren Kristalloberflächen ermöglicht Bauelemente mit verbesserten optischen Eigenschaften und erhöhter Effizienz. Das planare Wachstum solcher Schichten auf Saphir führt aber zu einer sehr hohen Defektdichte, die für Bauelemente nicht akzeptabel ist. Mittels epitaktischen lateralen Überwachsens (ELOG) wurde erstmalig nichtpolares a-plane GaN mit geringer Defektdichte realisiert. Die beste Kristallqualität zeigen homoepitaktisch abgeschiedene Schichten auf GaN-Substraten. Allerdings sind sie bislang nur in sehr geringen Größen von maximal 5x20 mm² verfügbar.

Auf unterschiedlich orientierten GaN-Substraten wurde zudem erstmalig der von der Kristallorientierung abhängige Indiumeinbau in InGaN-Quantenfilme untersucht. Auf der Basis der Grundlagenuntersuchungen zum Wachstum wurden m-plane GaN-LEDs realisiert, die bei einer Wellenlänge von 410 nm eine Ausgangsleistung von 2,5 mW erreichen. Weiterhin wurden optisch gepumpte Laserstrukturen hergestellt, anhand derer die Anisotropie der optischen Eigenschaften untersucht werden konnte.