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AlGaN/GaN-Heterostrukturen: Epitaxie und elektrische Eigenschaften
(2002) Kuhn, Bertram; Pilkuhn, Manfred (Prof. Dr.)
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Epitaxie und den Transporteigenschaften von Halbleiter-Heterostrukturen auf Basis der Gruppe-III-Nitride. Das Ziel dieser Arbeit war ein genaues Verständnis der Zusammenhänge von Wachstumsprozessen in der MOVPE und der elektrischen Eigenschaften von Einzelschichten, Heterostrukturen sowie prozessierten Bauteilen zu erhalten. Wegen des Fehlens von geeigneten Substraten ist man in der GaN-Epitaxie aber nach wie vor auf Fremdsubstrate, meist Saphir (Al2O3) und Siliziumkarbit (SiC), angewiesen. Für die Epitaxie auf Saphir wurde im Rahmen dieser Arbeit eine O2-dotierte Nukleationsschicht entwickelt und zum Patent angemeldet. Durch die in den Gruppe-III-Nitriden vorhandene piezo-elektrische und spontane Polarisation werden sehr große Elektronendichten induziert. Durch eine Veränderung des Al-Gehalts ließen sich diese zwischen ns=6×1012/cm2 und 1,5×1013/cm2 variieren. Eine weitere Erhöhung bis auf 3×1013/cm2 war durch die Dotierung der Barriere möglich. Wegen der hohen Aktivierungsenergie von Akzeptoren in Halbleitern mit großem Bandabstand ist in GaN die p-Dotierung nur durch Einbringen extrem hoher Dotierstoffkonzentrationen möglich. Es zeigte sich, dass bei Dotierstoffkonzentrationen im Bereich von [Mg]=6-8×1019/cm3 reproduzierbar Löcher-konzentrationen von p=6×1017/cm3 erreicht werden. Das Konzept der polarisationsinduzierten Dotierung wird bislang in der Forschung meist für n-leitende Bauteile angewandt. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass in einer p-leitenden GaN/AlGaN:Mg-Übergitterstruktur eine Löcherkonzentration von p=3,6×1018/cm3 generiert werden kann. Für die Epitaxie von GaN-basierten Laserstrukturen wurde in dieser Arbeit wegen dessen guter Leitfähigkeit das Substrat SiC verwendet. Einen entscheidenden Einfluss auf die elektrische Kennlinie hat die zuletzt abgeschiedene Kontaktschicht. Durch eine Veränderung der Epitaxieparameter dieser Schicht konnte der Spannungsabfall über die Diode entscheidend reduziert werden.