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48,80 €ISBN 978-3-8440-3482-0Paperback180 Seiten63 Abbildungen266 g21 x 14,8 cmDeutschDissertation
März 2015
Torsten Langer
Strahlende und strahlungslose Rekombinationsprozesse in Gruppe-III-Nitrid-Quantenfilmen
GaInN/GaN Quantenfilme finden Anwendung als hocheffiziente Lichtemitter im violetten und blauen Spektralbereich. Bis heute bestehen jedoch die Probleme des "Green Gap" und des "Efficiency Droop": die Abnahme der Effizienz von Lichtemittern mit zunehmender Emissionswellenlänge beziehungsweise mit zunehmender Anregung. In dieser Arbeit werden die strahlenden und strahlungslosen Rekombinationsprozesse in GaInN/GaN Quantenfilmstrukturen mittels zeitaufgelöster Photolumineszenzspektroskopie untersucht. Ein grundlegendes Verständnis der auftretenden Energieverlustprozesse ist das Ziel.
Es zeigt sich, dass das "Green Gap" maßgeblich durch strahlungslose Rekombination an Kristalldefekten verursacht wird. Deren Entstehung wird durch die inhärente Verspannung des Quantenfilms getrieben und bewirkt eine stark lokalisierte Teilrelaxation des Kristallgitters.
Anhand von Untersuchungen der strahlenden und nichtstrahlenden Ladungsträgerlebensdauern in Abhängigkeit der Überschussladungsträgerdichte wird nachgewiesen, dass selbst bei Raumtemperatur die strahlende Rekombination exzitonisch ist. Diese Untersuchungen weisen bei hohen Trägerdichten auf einen indirekten Auger-Prozess unter Erzeugung eines Phonons hin, welcher ebenfalls exzitonisch verstärkt wird.
Ein weiterer Schwerpunkt ist die Auswirkung struktureller Inhomogenitäten auf die Temperaturabhängigkeit der Lumineszenzspektren und auf das Abklingverhalten nach gepulster Anregung. Hierbei zeigt unter anderem der Vergleich polarer und nichtpolarer Quantenfilme, dass die in polaren Quantenfilmen beobachtete Blauverschiebung des Spektrums mit steigender Temperatur ein Effekt des piezoelektrischen Feldes im Quantenfilm und der temperaturabhängigen Konkurrenz strahlender und strahlungsloser Rekombinationsprozesse ist.
Es zeigt sich, dass das "Green Gap" maßgeblich durch strahlungslose Rekombination an Kristalldefekten verursacht wird. Deren Entstehung wird durch die inhärente Verspannung des Quantenfilms getrieben und bewirkt eine stark lokalisierte Teilrelaxation des Kristallgitters.
Anhand von Untersuchungen der strahlenden und nichtstrahlenden Ladungsträgerlebensdauern in Abhängigkeit der Überschussladungsträgerdichte wird nachgewiesen, dass selbst bei Raumtemperatur die strahlende Rekombination exzitonisch ist. Diese Untersuchungen weisen bei hohen Trägerdichten auf einen indirekten Auger-Prozess unter Erzeugung eines Phonons hin, welcher ebenfalls exzitonisch verstärkt wird.
Ein weiterer Schwerpunkt ist die Auswirkung struktureller Inhomogenitäten auf die Temperaturabhängigkeit der Lumineszenzspektren und auf das Abklingverhalten nach gepulster Anregung. Hierbei zeigt unter anderem der Vergleich polarer und nichtpolarer Quantenfilme, dass die in polaren Quantenfilmen beobachtete Blauverschiebung des Spektrums mit steigender Temperatur ein Effekt des piezoelektrischen Feldes im Quantenfilm und der temperaturabhängigen Konkurrenz strahlender und strahlungsloser Rekombinationsprozesse ist.
Schlagwörter: III-N-Halbleiter; Lichterzeugung; Lumineszenz; Nanostrukturen; Rekombination; Verlustprozesse
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