Im Rahmen dieser Arbeit wurden epitaktische AlN-Schichten untersucht. Diese konnten unter Stickstoff-reichen Wachstumsbedingungen effizient und homogen mit Silizium bis zu einer Konzentration von 5.2 × 1021 cm-3 dotiert werden. Dabei wirkt Silizium in einer Konzentration von ca. (5±3) × 1020 cm-3 optimal als Surfactant, was sich in Form einer deutlich verringerten Oberflächenrauigkeit und Schraubenversetzungsdichte sowie einer höheren lateralen Kristallitgröße von mehr als 1 µm bemerkbar macht. Aufgrund dieser Wirkung des Siliziums wird eine biaxiale kompressive Verspannung von mehr als 2 GPa induziert. Diese führt zu einer Zunahme der Aktivierungsenergie des Silizium-Donators bzw. der elektrischen Leitfähigkeit auf mehr als 500 meV. Mit steigender Dotierkonzentration nimmt die Wahrscheinlichkeit für die Bildung von AlxSiyN-Clustern zu. Dies wirkt sich in vielfältiger Weise aus: Zum einen bildet sich in der polykristallinen Schicht ein Störband aus, zum anderen zeigen Messungen des Absorptionskoeffizienten bzw. der Bandkanten-nahen Lumineszenz eine Abnahme der Bandlücke um mehr als 80 meV, welche auf die Bildung von Bandausläufern (band tails) zurückgeführt werden kann.
Translated abstract:
Within this work, epitaxial AlN layers were investigated. Efficient and homogeneous doping was achieved under nitrogen rich growth conditions for silicon concentrations up to 5.2 × 1021 cm-3. During growth silicon acts most effective as a surfactant at a concentration of (5±3) × 1020 cm-3, which leads to a significant reduction of the surface roughness and the screw dislocation density, accompanied by an increase of the lateral crystal size tomore than 1 µm. Due to this effect of the silicon, a biaxial compressive stress of more than 2 GPa is induced. This leads to an increase of the activation energy of the silicon donor or the electric conductivity to more than 500 meV. With increasing donor concentration the probability for the formation of AlxSiyN clusters increases strongly, which leads to manifold effects: An impurity band is formed within the polycrystalline layer, and measurements of the absorption coefficient and the near bandgap luminescence show a decrease of the bandgap by more than 80 meV, which can be ascribed to the formation of band tails.
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