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Abstract

Die Gruppe III-Nitride sind ein wichtiges Halbleitermaterialsystem mit vielen Anwendungen in der Optoelektronik und in der Leistungselektronik. Insbesondere für optoelektronische Anwendungen ist die metastabile Zinkblende-Phase eine vielversprechende Alternative zu der üblicherweise verwendeten Wurtzit-Phase, da hier Polarisationsfelder, die die Rekombinationseffizienz beeinträchtigen, nicht vorhanden sind. Die Herstellung der meisten Bauelemente erfordert eine präzise Kontrolle der p- und n-Typ-Dotierung. Für die n-Typ-Dotierung wird üblicherweise Si verwendet, das jedoch bei hohen Dotierungskonzentrationen für eine Zugverspannung sorgt und dadurch die Kristallqualität verschlechtert. Kürzlich wurde berichtet, dass Ge eine geeignete Alternative zu Si für die n-Typ-Dotierung von Nitriden in der Wurtzitstruktur ist. Hohe Donatorkonzentrationen konnten erreicht werden, ohne die strukturelle Qualität der Schichten zu beeinträchtigen. In dieser Arbeit wird Ge als Donator für GaN und Al[]Ga[1]N bis zu = 0,6 in der Zinkblende-Struktur untersucht. Es wurden Ge- und Si dotierte GaN-Schichten mit Dotierkonzentrationen über mehrere Größenordnungen hergestellt und hinsichtlich ihrer optischen, strukturellen und elektrischen Eigenschaften untersucht. Die maximal erreichbaren freien Elektronenkonzentrationen liegen bei 3.710^20 cm^3 bzw. 4.310^20 cm^3 für die Ge- und Si-Dotierung.

Abstract

The group III-nitrides are an important semiconductor material system with many applications in optoelectronics and power devices. Especially for optoelectronic applications, the metastable zinc blende phase is a promising alternative to the commonly employed wurtzite phase, as polarization fields which impair the recombination efficiency are absent here. The fabrication of most devices requires precise control of p- and n-type doping. For n-type doping mostly Si is used, which however introduces tensile strain at high doping concentrations and deteriorates the crystal quality. Recently, Ge was found to be a well-suited alternative to Si for n-type doping of wurtzite nitrides, which allows for high donor concentrations without impairing the structural quality. In this work Ge is investigated as a donor in zinc blende GaN and Al[]Ga[1]N up to = 0.6. Ge- and Si-doped GaN layers with doping levels spanning over several orders of magnitude were fabricated and investigated regarding their optical, structural, and electrical properties. The maximum achievable free electron concentrations are 3.710^20 cm^3 and 4.310^20 cm^3 for Ge- and Si-doping, respectively.

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