AlN-Schichten mit geringer Defektdichte für UV-Leuchtdioden
Abb. 1(a): Elektronenmikroskopieaufnahme der Spaltkante einer AlN/Saphir-Streifenstruktur vor dem Überwachsen mit AlN
Abb. 1(b): Aufnahme nach dem Überwachsen mit AlN
Abb. 2: TEM-Querschnittsaufnahme einer AlN-Streifenstruktur überwachsenen mit AlN
Ultraviolettes (UV) Licht wird in vielen Bereichen eingesetzt, z.B. Licht mit einer Wellenlänge von ca. 265 nm für die Wasserentkeimung. Das Ferdinand-Braun-Institut arbeitet an der Entwicklung von Leuchtdioden (LEDs) für den ultravioletten Spektralbereich. Damit diese LEDs für die meisten Anwendungen interessant werden, muss deren Effizienz jedoch noch deutlich steigen. Die Bauelemente basieren auf dem Materialsystem (Al,Ga)N, über dessen Zusammensetzung eine Emissionswellenlänge zwischen 210 nm und 365 nm eingestellt werden kann. Als Unterlage wird eine AlN-Schicht auf einem Saphirsubstrat verwendet, da beides transparent für diese Emissionswellenlängen ist. Die Abscheidung des AlN führt aufgrund der großen Gitterfehlanpassung zum Saphir zu sehr hohen Versetzungsdichten von einigen 1010 cm-2. Versetzungen reduzieren die Effizienz der UV-LEDs drastisch, da an ihnen die Ladungsträger nichtstrahlend rekombinieren können. Dem FBH ist es gelungen, das epitaktische laterale Überwachsen von strukturierten AlN-Schichten zu entwickeln und auf diese Weise die Versetzungsdichte im AlN um mehr als eine Größenordnung zu reduzieren.
Mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie wurde eine AlN-Schicht auf Saphir abgeschieden und Gräben in verschiedene Richtungen hineingeätzt. Ein Überwachsen mit (Al,Ga)N führte anfänglich zu Zusammensetzungsfluktuationen [1]. Deshalb wurde zu einem Überwachsen mit binärem AlN übergegangen. Abb. 1 zeigt die Spaltkanten einer entsprechenden Struktur vor und nach dem Überwachsen. Die AlN-Schicht schließt die Gräben ab einer Dicke von 2,5 µm. Für Streifen, die in [1-100]-Richtung ausgerichtet wurden, wird nach dem Überwachsen eine geschlossene Oberfläche erzielt [2]. Transmissionselektronenmikroskopaufnahmen wie in Abb. 2 zeigen im oberen Bereich des überwachsenen AlN eine deutlich geringere Dichte an Versetzungen als in den Stegen der ersten, strukturierten AlN-Schicht. Das Verfahren erlaubt es, AlN-Schichten mit einer mittleren Versetzungsdichte von unter 109 cm-2 herzustellen. Diese Schichten werden nunmehr für die Entwicklung effizienter UV-LEDs am FBH eingesetzt.
Publikationen:
[1] V. Kueller, A. Knauer, F. Brunner, U. Zeimer, H. Rodriguez, M. Kneissl, M. Weyers, <link /fileadmin/fbh-berlin/english/ver11/pub12.htm _blank internal-link-new-window "Öffnet einen internen Link in einem neuen Fenster">"Growth of AlGaN and AlN on patterned AlN/sapphire templates", J. Cryst. Growth, vol. 315, no. 1, pp. 200-203 (2011).
[2] V. Kueller, A. Knauer, U. Zeimer, H. Rodriguez, A. Mogilatenko, M. Kneissl, and M. Weyers, <link /fileadmin/fbh-berlin/english/ver11/pub27.htm _blank internal-link-new-window "Öffnet einen internen Link in einem neuen Fenster">"(Al,Ga)N overgrowth over AlN ridges oriented in [1120] and [1100] direction", phys. stat. sol. C8, No. 7-8, 2022-2024 (2011).
FBH-Forschung: 29.07.2011