Einfluss des Heterostrukturdesigns auf die Effizienz und die optische Polarisation von (In)AlGaN-basierten Leuchtdioden im ultravioletten Spektralbereich

In dieser Arbeit wird der Einfluss des Heterostrukturdesigns auf die externe Quanteneffizienz (EQE) von ultravioletten (UV) Leuchtdioden (LEDs) untersucht. Durch Simulationen der LED-Heterostruktur in Kombination mit Elektrolumineszenzmessungen an 320nm LEDs konnte eine gezielte Verbesserung der Heterostruktur und damit der internen Quanteneffizienz (IQE) der LEDs erreicht werden. Neben der IQE spielt auch die Extraktionseffizienz eine wichtige Rolle, um LEDs mit einer möglichst hohen EQE zu realisieren. Daher wurde im zweiten Teil der Arbeit die Änderung der Polarisation der senkrecht zur c-Achse emittierten Elektrolumineszenz mit steigendem Aluminiumgehalt der aktiven Zone weltweit erstmals systematisch untersucht, da sie eine entscheidende Rolle für die Extraktionseffizienz der LEDs spielt. Für eine Erhöhung der IQE sind die Reduzierung der Defektdichte in den einzelnen Schichten sowie das Design der aktiven Zone und der Elektronensperrschichten von entscheidender Bedeutung. Durch eine gezielte Verbesserung dieser Parameter konnte die nichtstrahlende Rekombination der Ladungsträger an Defekten reduziert, die Ladungsträgerinjektion und der Ladungsträgereinschluss gesteigert werden, was die IQE der LEDs deutlich erhöht hat. Bei der Untersuchung des Einflusses der Defektdichte konnte eine Reduzierung der Lichtleistung um einen Faktor von 4,6 bei einer Zunahme der Defektdichte um rund eine Größenordnung in 380nm LEDs beobachtet werden. Der gleiche tendenzielle Verlauf ergab sich auch für 320nm LEDs in Simulationen. Zudem zeigten Untersuchungen an 320nm LEDs, dass die höchste Lichtleistung für LEDs mit einer Quantenfilmbreite von 2nm und einer AlGaN:Mg-Elektronensperrschicht mit einer Aluminiumkonzentration zwischen 42% und 45% erzielt werden konnte. Außerdem wurde deutlich, dass aufgrund der sehr asymmetrischen Verteilung der Ladungsträger in den Quantenfilmen die Lichtleistung unabhängig von der Quantenfilmanzahl der LEDs ist. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die optische Polarisation der senkrecht zur c-Achse emittierten Elektrolumineszenz von UVA-, UVB- und UVC-LEDs untersucht. Dabei konnte für die LEDs auf den Saphirsubstraten eine nahezu lineare Abhängigkeit des Polarisationsgrades von der Wellenlänge beobachtet werden. Eine Änderung der dominanten Polarisation ließ sich für LEDs mit einer Wellenlänge um 300nm nachweisen. Für größere Wellenlängen wurde eine dominante transversal elektrisch (TE) und für kleinere Wellenlängen eine dominante transversal magnetisch (TM) polarisierte Emission beobachtet. Dies konnte durch temperaturabhängige Polarisationsmessungen bestätigt werden. Zudem wurde gezeigt, dass eine Kontrolle des Polarisationsgrades durch eine gezielte Verspannung der LED-Heterostuktur möglich ist. So konnte für 253nm LEDs durch einen Wechsel der Substrate eine Änderung der dominanten Polarisation von einer hauptsächlich TM-polarisierten Emission für LEDs auf den Saphirsubstraten zu einer hauptsächlich TE-polarisierten Emission für pseudomorph gewachsene LEDs auf AlN-Substraten beobachtet werden.

Author dc:creator

• Kolbe, Tim

Advisor dc:contributor.advisor

• Kneissl, Michael

Licence dc:rights.uri

• http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/

Language dc:language.iso

de, German

Identifier URI

urn:nbn:de:kobv:83-opus-37751
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3434

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/3731