Wachstum und Charakterisierung von ein- und zweidimensional gitterangepasstem AlInN auf GaN verschiedener Orientierungen für verspannungsfreie und metamorphe Puffer-Schichten

Das Thema dieser Arbeit bilden das Wachstum mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie und die Charakterisierung von ein- und zweidimensional gitterangepasstem AlInN auf polaren, nicht- und semipolaren GaN-Schichten und –Substraten unterschiedlicher Orientierungen. Zunächst fand eine systematische Optimierung unterschiedlicher Wachstumsparameter, wie z.B. der Wachstumstemperatur, des Reaktordrucks, der Quellflüsse und dem V/III-Verhältnis statt. Hierbei zeigte sich, dass die Zusammensetzung fast ausschließlich von der Wachstumstemperatur bestimmt wird. Mittels spektroskopischer Ellipsometrie ließ sich ein gesteigerter Kontrast im Brechungsindex für gitterangepasstes AlInN und GaN gegenüber 10%igem AlGaN und GaN nachweisen. Anschließend wurden für dicke Schichten auftretende Probleme, wie die Aufrauung mit zunehmender Schichtdicke und die damit einhergehende Kompositionsaufspaltung, tiefergehend untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die sich ausbildenden V-förmigen Löcher nicht die Ursache, sondern eher eine Konsequenz der auftretenden Probleme sein müssen. In Experimenten mit Zehnfach-Übergitterstrukturen aus AlInN/GaN-Schichtpaaren, wurde gezeigt, dass der Indiumeinbau in die AlInN-Schichten bereits in den ersten wenigen Nanometern instabil ist. Auf Basis dieser Daten wurden physikalische Modelle zur Erklärung der beobachteten Phänomene entwickelt, welche auf einem verzögerten Einbau von Indium fußen. Des Weiteren konnte nachgewiesen werden, dass kein parasitärer Einbau von Gallium in das AlInN stattfindet, wie er von anderen Arbeitsgruppen in der Literatur berichtet wird. Beim Vergleich von nicht- und semipolaren AlInN-Schichten mit polaren Strukturen konnte nachgewiesen werden, dass sich der Indiumeinbau und die Wachstumsraten für keine dieser Strukturen unterscheiden. Sowohl für die nicht- als auch semipolaren Strukturen konnte gezeigt werden, dass es durch die Wahl der Richtung der Gitteranpassung und der Schichtdicke möglich ist, die Schichten in der Wachstumsebene gezielt hin zu größeren bzw. kleineren Atomabständen relaxieren zu lassen. Durch die gezielte Relaxation der AlInN-Schichten wird die Möglichkeit gegeben, die anisotrope Verspannung von GaInN/GaN-Quantentopfstrukturen zu beeinflussen. Durch eine Relaxation hin zu größeren Atomabständen in der Wachstumsebene sollten höhere Indiumgehalte für diese GaInN/GaN-Quantentopfstrukturen realisierbar werden, womit eine Schließung des sogenannten „Green Gap“ in greifbare Nähe rückt.