Dreidimensionale InGaN Leuchtdioden: Epitaxie, Prozessierung, Charakterisierung

Die Verwendung von dreidimensionalen (3D) Nano- und Mikrosäulen (NAMs) ist einer der vielversprechendsten Ansätze zur Überwindung der zurzeit bei Leuchtdioden (LEDs) bestehenden technologischen Herausforderungen. Ziel dieser Arbeit war es, in einer Produktionsumgebung entlang der gesamten Wertschöpfungskette Prozesse für die Herstellung von NAMs-basierten LEDs zu entwickeln.

Bei Kern-Hülle NAMs kann eine enorme Vergrößerung des aktiven Volumens erreicht werden, was einen kosten- und ressourceneffizienten Herstellungsansatz ermöglicht. In dieser Arbeit wurde ein Prozess für das Wachstum von Ga-polaren NAMs unter kontinuierlichen Flussbedingungen entwickelt. Erst durch die Zugabe erheblicher Konzentrationen des Prekursors Silan gelang es, Strukturen mit hohem Aspektverhältnis zu erzeugen. Als wahrscheinlichste Erklärung für die Funktionsweise des Wachstumsprozesses wurde eine passivierende SiN-Schicht identifiziert sowie die Transformation der langsam wachsenden {1-101}- in die {1-102}-Facette.

Anschließend wurde eine Hülle auf allen offenliegenden Flächen des Kerns abgeschieden. Allerdings wirkt sich die Passivierungsschicht negativ auf das Hüllenwachstum aus. Durch die vorhergehende Abscheidung einer dickeren Hülle inklusive einer In-haltigen Anwachsschicht konnte die Materialqualität entscheidend verbessert werden.

Einige der gewachsenen Strukturen wurden zu LED-Chips prozessiert. Als ein elementarer Prozessschritt wurde eine Isolierung der Fußpunkte eingeführt, um einen Kurzschluss zwischen Substrat und Stromaufweitungsschicht zu verhindern. Einzelne Proben weisen hervorragende Strom-Spannungs-Charakteristiken auf. In der Elektrolumineszenz (EL) zeigen sie verschiedene Emissionsbanden, die den unterschiedlichen Facetten zugeordnet werden konnten.

Mit der Einbringung eines mikrogranularen Leuchtstoffs in die Säulenzwischenräume wurde erstmals ein neuartiger Ansatz für die effiziente Erzeugung weißen Lichts verfolgt. Die vergrößerte Oberfläche erlaubt eine erheblich verbesserte Entwärmung des Temperatur-sensitiven Konverters.

In dieser Arbeit wurde ebenfalls erstmals ein Dünnflim-Chip auf Basis von axialen Nanosäulen prozessiert. Auch hier ist die Isolierung zwischen den beiden Metallisierungen der Hauptunterschied zur konventionellen Technologie. Gegenüber den Strukturen, die direkt auf dem Wachstumssubstrat prozessiert wurden, konnte die Anzahl der angeschlossenen Säulen gesteigert sowie die Durchlassspannung abgesenkt werden.