Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-3909
Mit Hilfe von dreidimensionalen Modellierungen konnten empirisch gefundene Vorteile
von Stickstoff als Trägergas erklärt werden. Dabei zeigte sich, daß die beobachtete
hohe Schichtdicken- und Kompositionshomogenität auf ein Zusammenspiel von Temperatur
und Strömungsprofil zurückzuführen ist. Aufgrund der im Vergleich zu Wasserstoff
niedrigeren Wärmekapazität bildet sich ein sog. kalter Finger aus. Dieser verhindert
Vorreaktionen und beeinflusst damit die Kompositionshomogenität vor allem von In-haltigen
Schichten. Für eine hohe laterale Homogenität über den Wafer ist die Blockform des
Strömungsprofils verantwortlich, die sich beim optimierten Gesamtfluss ausbildet. Damit
läßt sich die Wachstumsratenverteilung nicht nur in Strömungsrichtung, sondern auch
quer dazu durch Rotation über den Wafer mitteln.
Bei den Experimenten zum Ordnungseffekt sollten die positiven Eigenschaften des
Stickstoff-Prozesses beibehalten werden. Daher wurden nur kleine Partialdruckverhältnissen
von Wasserstoff zum Gesamtdruck im Bereich von 8,5 ·10-6 bis 7,7 · 10-3
verwendet.
Zudem wurden die Schichten jeweils auf mehrere Substrate mit verschiedenen
Fehlorientierungen, die als ordnend bekannt sind, abgeschieden. Die Beobachtungen zeigten
jedoch, daß die Wasserstoff-Beimischung keinen EinHuß auf den Ordnungsgrad der
Schichten hat. Die Reduzierung der Bandlücke durch die langreichweitige Ordnung kann auf
ordnungsfördernden Substraten bei Einsatz von Stickstoff als Trägergas also nur durch
einen höheren Al-Gehalt kompensiert werden.
Die Optimierung der Wachstumsparameter für die gesamte Leuchtdiodenstruktur in
Doppelhetero-Anordnung ergab, daß bei einer Temperatur von 770°C und einem V /111-
Verhältnis von 150 Schichten mit einer hohen Kristallqualität erzielt werden können.
Lediglich die GaP-Deckschicht mußte bei 800°C abgeschieden werden, damit für den
Funktionstest benötigte Ohmsche Kontakte hergestellt werden konnten. Die Morphologie der
Schichten mit hohem Al-Gehalt (x(Al) = 0,7 und 1) ist bei diesen hohen Temperaturen
stark von der Substratorientierung und -qualität abhängig. Nur auf n-dotierten (100)-
Substraten, die 6° in [IIIA]-Richtung fehlorientiert sind, konnten Schichten mit glatter
Morphologie hergestellt werden. Außerdem wurde noch die n-Dotierung von AlGaInP
untersucht und für die LED-Struktur eingestellt.
Bei elektrischer Anregung zeigen die Strukturen Lumineszenz im gewünschten gelben
Bereich. Die Kennlinien weisen aber noch grundsätzlichen Verbesserungsbedarf der Struktur
auf, da Leckströme auftreten.
Es konnte also gezeigt werden, daß auch mit Stickstoff als Trägergas Leuchtdioden-
Strukturen aus dem als schwierig bekannten Materialsystem AlGaInP hergestellt werden
können. Weitere Optimierungen der Schichten und der Struktur, die Prozessierung zu
LEDs sowie quantitative Messungen der Lichtausbeute dieser Bauelemente mit Hilfe von
entsprechenden Charakterisierungsmethoden stehen noch aus.
Gauer, Dorothea
MOVPE von (AlGaIn)P unter dem Trägergas Stickstoff für LED-Strukturen
VIII, 126 S., 2001
In dieser Arbeit ging es um die metallorganische Gasphasenepitaxie mit Stickstoff als
Trägergas. Dazu wurde zunächst mit Hilfe von dreidimensionalen Modellierungen des
Epitaxieprozesses der Einfluss des Trägergases auf die ablaufenden Prozesse geklärt.
Konkretes Ziel des experimentell.en Teils war die Herstellung von Leuchtdioden-Strukturen
aus AIGaInP mit einer Emissionswellenlänge von 590nm. Dabei wurde zunächst ein neuer
Ansatz zur Reduzierung der in diesem Materialsystem auftretenden langreichweitigen
Ordnung, nämlich die Beimischung einer geringen Menge Wasserstoff zum Trägergas Stick-
stoff, untersucht. Ausgangspunkt hierfür war der Umstand, daß unter mit N2 hergestellte
Schichten im Vergleich zu H2 stärker ordnen. Als drittes wurde die LED-Struktur
hergestellt und auf ihre Funktion überprüft.
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