Untersuchungen zum Einfluss der Wachstumsmorphologie auf Versetzungspopulation und Versetzungsdichte in epitaktischen Galliumnitrid-Schichten

Investigations on the influence of the growth morphology on the population and the density of dislocations in epitaxial GaN-layers

  • Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Mikrostruktur von Galliumnitrid (GaN) Schichten aus der Niederdrucklösungszüchtung, einer Flüssigphasenepitaxie Methode. Die GaN-Schichten werden auf einer GaN-Keimschicht, die mittels metallorganischer chemischer Gasphasenepitaxie auf einem Saphir-Wafer hergestellt ist, abgeschieden. Kernpunkt dieser Arbeit ist die Untersuchung der Versetzungen in den GaN-Schichten mittels Transmissionselektronenmikroskopie. In den mittels Niederdrucklösungszüchtung hergestellten GaN-Schichten ist die Versetzungsdichte deutlich niedriger als in der eingesetzten GaN-Keimschicht. Diese Reduktion ist in erster Linie auf eine reduzierte Anzahl an Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Mikrostruktur von Galliumnitrid (GaN) Schichten aus der Niederdrucklösungszüchtung, einer Flüssigphasenepitaxie Methode. Die GaN-Schichten werden auf einer GaN-Keimschicht, die mittels metallorganischer chemischer Gasphasenepitaxie auf einem Saphir-Wafer hergestellt ist, abgeschieden. Kernpunkt dieser Arbeit ist die Untersuchung der Versetzungen in den GaN-Schichten mittels Transmissionselektronenmikroskopie. In den mittels Niederdrucklösungszüchtung hergestellten GaN-Schichten ist die Versetzungsdichte deutlich niedriger als in der eingesetzten GaN-Keimschicht. Diese Reduktion ist in erster Linie auf eine reduzierte Anzahl an Versetzungen mit 1/3<11-20> Burgersvektor zurückzuführen. Die deutlichste Reduktion der Versetzungsdichte findet im ersten Mikrometer der gewachsenen Schicht durch Annihilation und Rekombination der bereits abgebogenen Versetzungen statt. Bei der Niederdrucklösungszüchtung entstehen ohne Maskierungsschritt zu Beginn des Wachstums dreidimensionale facettierte Inseln. Die Untersuchungen ergaben, dass die Versetzungen aus dem GaN-Substrat zu den Seitenflächen der Inseln abbiegen. Im Rahmen dieser Arbeit wird das Abbiegen der Versetzungen mittels Minimierung der Linienenergie unter Berücksichtigung der jeweiligen Wachstumsfacette erklärt. Diese Erklärung lässt sich auf das Abbiegen von Versetzungen in GaN-Schichten aus anderen Herstellungsverfahren übertragen. Untersuchungen der Versetzungen sowie der Wachstumsmorphologie der GaN-Schichten aus Niederdrucklösungszüchtung wurden an Proben mit unterschiedlichen Züchtungsbedingungen durchgeführt, um deren Einfluss zu untersuchen und Rückschlüsse hinsichtlich einer Optimierung der Parameter für die Schichtherstellung zu ziehen. Methodisch konnte ein Prozess für defektselektives Ätzen für GaN-Schichten aus Niederdrucklösungszüchtung angepasst und mittels Transmissionselektronenmikroskopie überprüft werden.show moreshow less
  • The microstructure of gallium-nitride (GaN) layers grown by low-pressure solution growth (liquid phase epitaxy) is investigated in this work. The GaN-layers are deposited on a substrate consisting of a sapphire wafer and a GaN layer grown by metal organical vapor phase deposition. This work is focused to the investigation of dislocations by means of transmission electron microscopy. GaN-layers grown by low-pressure solution growth show a clearly lower dislocation density than the GaN layer used as substrate. This reduction is mainly ascribed to a reduced density of dislocations with a 1/3<11-20> Burgers vector. Most of the reduction takes place within the first micrometer of the growing layeThe microstructure of gallium-nitride (GaN) layers grown by low-pressure solution growth (liquid phase epitaxy) is investigated in this work. The GaN-layers are deposited on a substrate consisting of a sapphire wafer and a GaN layer grown by metal organical vapor phase deposition. This work is focused to the investigation of dislocations by means of transmission electron microscopy. GaN-layers grown by low-pressure solution growth show a clearly lower dislocation density than the GaN layer used as substrate. This reduction is mainly ascribed to a reduced density of dislocations with a 1/3<11-20> Burgers vector. Most of the reduction takes place within the first micrometer of the growing layer by recombination and annihilation of bent dislocations. Three-dimensional facetted islands form initially during low-pressure solution growth of GaN even without the presence of masking layers. Observations by transmission electron microscopy show that threading dislocations bend towards the facets of these islands. Calculations of the line energy of the dislocations near the island facets with consideration of the Burgers vector and the inclination of the growth facet against the (0001) plane can predict the bending angles of the dislocations. This prediction was also proved to be valid for the bending of dislocations in GaN-layers grown by other methods. Dislocations and growth morphology of the GaN layers grown by low-pressure solution growth have been investigated for different growth conditions in order to see their influence and to develop measures for optimization. An additional aspect of this work is the optimization of an etching procedure for the investigated GaN layers that was checked for reliability by transmission electron microscopy.show moreshow less

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Metadaten
Author:Isabel Knoke
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus-14354
ISBN:978-3-932392-87-0
Advisor:Georg Müller
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2008
Publishing Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Date of final exam:2009/05/26
Release Date:2009/09/24
Tag:Flüssigphasenepitaxie; GaN; LPE; SEM; TEM
GaN; LPE; Liquid phase epitaxy; SEM; TEM
SWD-Keyword:Elektronenmikroskopie; Galliumnitrid; Hexagonaler Kristall; Kristalloberfläche; Selektives Ätzen; Versetzung <Kristallographie>
Original publication:I. Y. Knoke, Untersuchungen zum Einfluss der Wachstumsmorphologie auf Versetzungspopulation und Versetzungsdichte in epitaktischen Galliumnitrid-Schichten, Verlag Lehrstuhl für Mikrocharakterisierung, Universität Erlangen-Nürnberg, Erlangen, 2009
Institutes:Technische Fakultät / Technische Fakultät -ohne weitere Spezifikation-
Dewey Decimal Classification:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
open_access (DINI-Set):open_access

$Rev: 13581 $