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Photolumineszenzuntersuchungen an homo- und heteroepitaktischen II-VI-Halbleiterschichten : stickstoffdotiertes Zinkoxid und Zinksulfid

Photoluminescence measurements of homo- und heteroepitaxial II-VI-semiconductor thinfilms : nitrogen doped zincoxide and zinksulfide

Pinnisch, Melanie


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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-123884
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2016/12388/

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Freie Schlagwörter (Deutsch): Photolumineszenz , ZnO:N , ZnS , DAP , epitaktisch
Freie Schlagwörter (Englisch): photoluminescence , ZnO:N , ZnS , DAP , epitaxial
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: I. Physikalisches Institut
Fachgebiet: Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 09.12.2016
Erstellungsjahr: 2016
Publikationsdatum: 15.12.2016
Kurzfassung auf Deutsch: In dieser Arbeit wurden homoepitaktische stickstoffdotierte Zinkoxidschichten auf polaren und unpolaren Zinkoxid-Substraten, sowie homo- und heteroepitaktische Zinksulfidschichten auf ihre Photolumineszenzeigenschaften hin untersucht.
Das Ziel war es den Einfluss des eingebauten Stickstoffs auf die Photolumineszenz von homoepitaktischen Zinkoxidschichten (ZnO) in Abhängigkeit von der Orientierung der verwendeten Zinkoxidsubstrate zu untersuchen. Während die Untersuchungen an Zinksulfid (ZnS) im Wesentlichen dazu dienten, die Herstellungsparameter im Sinne der Photolumineszenz zu optimieren, sowie die Photolumineszenzeigenschaften von homo- und heteroepitaktischen ZnS-Schichten zu vergleichen.
Durch die Verwendung von ZnO-Einkristallsubstraten wurde erhofft, eine verbesserte Qualität der Epitaxieschichten und einen höheren Stickstoffeinbau zu erreichen als es bei früheren Arbeiten mit Saphirsubstraten auf GaN-Zwischenschichten der Fall war.Das Auftreten einer stickstoffabhänigen Donator-Akzeptor-Paar-Rekombination (DAP) mit einer Nullphonon-Lage bei 3,24 eV konnte bei den homoepitaktischen Proben bestätigt werden.
Allerdings konnten die Erwartungen nicht erfüllt werden: Nach wie vor dominieren verschiedenste Donator-gebundene-Exzitonen die Photolumineszenzspektren. Die Donator-Akzeptor-Paar-Rekombination tritt nur sporadisch auf. Es konnten Hinweise darauf gewonnen werden, dass diese vorwiegend in Probenbereichen schlechter kristalliner Qualität zu finden sind. Zusätzlich konnte eine weitere, niederenergetischere DAP-Rekombination bei Verwendung a-planaren ZnO-Substrats beobachtet werden, was auf Komplexbildungen mit der Beteiligung von Stickstoff hindeutet.
Ursprünglich wurde erwartet, dass sich die Gitteranpassung und die gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Substrat und der Epitaxieschicht bei der Homoepitaxie in einer besseren kristallinen Qualität der Schichten äußeren. Dies sollte sich auch positiv auf den Stickstoffeinbau auswirken. Eine Ursache dafür, dass dies nicht der Fall ist könnte darin gesehen werden, dass die höhere thermische Stabilität und Reinheit der bei der Heteroepitaxie verwendeten Substratmaterialien einen größeren Einfluss hat als die Gitterfehlanpassung und die thermische Ausdehnung. So liegt der Schmelzpunkt von GaN bei 2500 °C, der von ZnO jedoch bei 1970 °C. Eine stärkere Fehlstellendiffusion und Versetzungsbewegung vom Substrat in die Epitaxieschicht wären somit die Folge. Die in dieser Arbeit beschriebenen Experimente geben einen Hinweis darauf. Für eine vollständige Klärung der Situation müssten aber noch weitere Untersuchungsmethoden hinzugezogen werden. Andererseits belegt die Beobachtung der Polaritonen-Effekte und der Fabry-Perot-Interferenzen, dass es durchaus möglich ist, ZnO-Schichten in exzellenter Qualität durch die Molekularstrahlepitaxie herzustellen.
Bei der Prozessierung von epitaktischen ZnS-Schichten wurde ein guter Schritt in die richtige Richtung gemacht - Auf der hetero- wie der homoepitaktischen Seite. Jedoch bleibt die Katalogisierung der Lumineszenzen in ZnS-Schichten weiterhin eine Aufgabe. Eine Korrelation zu Defekten und Verunreinigungen ist oft noch nicht eindeutig. Hierzu fehlen Dotierexperimente mit verschiedenen Elementen und in der Folge stöchiometrische Untersuchungen.
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