MOVPE growth and characterization of GaN/InGaN nanowires and microrods for next generation solid-state-lighting applications

Foltyński, Bartosz; Heuken, Michael; Mokwa, Wilfried

doi:urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2016-081720

MOVPE growth and characterization of GaN/InGaN nanowires and microrods for next generation solid-state-lighting applications = MOVPE-Wachstum und Charakterisierung von GaN / InGaN-Nanodrähten und Mikroroden für die nächste Generation von Festkörperbeleuchtungsanwendungen

Foltyński, Bartosz

2016

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Diplom-Ingenieur Bartosz Foltyński

ImpressumAachen 2016

Umfang1 Online-Ressource (II,112 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2016

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak06

Hauptberichter/Gutachter
Heuken, Michael (Thesis advisor) ; Mokwa, Wilfried (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2016-06-28

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2016-081720
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/672605/files/672605.pdf
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/672605/files/672605.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Lehr- und Forschungsgebiet GaN-Bauelementtechnologie (612020)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
nanowires (frei) ; GaN (frei) ; MOCVD (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 621.3

Kurzfassung
Eine große Studie wurde entwickelt, um den Epitaxial-Wachstumsprozess von InGaN / GaN-Nanodrähten (NW) zu entwickeln und zu verstehen. Die Studie eignet sich, um die Eigenschaften für die Anwendung in zukünftige Nano LED-Anwendungen zu verstehen sowie durchführen zu können. Die Studie des Au-initiierten GaN NW Wachstums auf Saphir-Substraten führte zur Realisierung der core/shell GaN/InGaN NW -basierten Heterostrukturen. Die untersuchten GaN NW zeigen eine sehr gute Kristall-Qualität, frei von Belastungen, kubischen Phasen sowie Au-Katalysatoreinlagerungen. Jedoch weisen sie inhomogene In-Einlagerungen entlang des Rods vor. Die InGaN / GaN NW auf Siliziumsubstraten wurden von der SAG (selektives Flächenwachstum) und durch die geplante neue, innovative selbstorganisierte Wachstumsannahme erschaffen. Die Siliziumoberflächenmodifikation durch Einführung der NH3 vor AlN Abscheidung erlaubt die Entwicklung eines Funktionspuffers für GaN NW Wachstum auf Si (111). Die unterstützende Rolle der SiH4 Injektion ist von entscheidender Bedeutung für die SAG als auch für den selbstorganisierten Wachstum von GaN NW. Silan erleichtert den vertikalen Wachstum, aber es folgt auch, dass der SiNx stabilisierenden Schichtformierung an den Seitenwänden des Rods entsteht. Daraus folgend ist die Verteilung der In entlang der NW inhomogen. Der Querschnitt der Rods ist mit den Wachstumsbedingungen korreliert: für optimierte Parameter wurden regelmäßig hexagonale oder ähnlich facettierte Querschnitte gefunden, während bei nicht optimierten Bedingungen zufällig geformte Strukturen mit mehreren Hohlräumen gebildet wurden.

A comprehensive study has been conducted in order to develop, understand and define the epitaxial growth process of InGaN/GaN nanowires (NW) and qualify their properties for application in future nanoLED devices. Vapor-liquid-solid (VLS) growth mode, selective area growth (SAG) and self-organized growth were investigated as three different approaches to create GaN rod structures. All of the grown samples were characterized by means of different complementary non-destructive techniques to analyze electrical and optical properties. In particular the QW emission was studied by microphotoluminescence (µPL), the crystal quality and strain through Raman scattering and the crystal structure by transmission electron microscopy (TEM). Some of the developed NWs were analyzed using advanced measurement set-up, in particular: nano-scale cathodoluminescence (CL) mapping or synchrotron-based characterization, including hard X-ray nanoprobe and X-ray fluorescence (XRF). The complex characterization allowed to understand the optical and structural properties of grown nanostructures and therefore helped to improve the growth process. Based on the obtained results, the development of selective area growth of GaN microrods on Si(111) substrates by MOCVD is discussed together with characterization and understanding of structural and optical properties of individual GaN rods. Additionally, the novel, innovative self-organized growth of GaN NWs on Si(111) is proposed as an alternative to the time consuming and expensive SAG method. The nano-scale characterization and understanding of structural and optical properties of newly developed InGaN/GaN NWs on silicon substrate are discussed providing the description of the current status of GaN NW on Si growth and the role of GaN rod on Si as the building block for the nanoLED.

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