Excitons with anisotropic effective mass

We present a simple analytic scheme for calculating the binding energy of excitons in semiconductors that takes full account of the existing anisotropy in the effective mass, as a complement to the qualitative treatment in most textbooks. Results obtained for excitons in gallium nitride form the basis for a discussion of the accuracy of this approach

Flache Donatoren in Galliumnitrid : optisch detektierte, paramagnetische Resonanz unter hohem Druck

vorgelegt von Karsten MichaelPaderborn, Univ., Diss., 200

In-vitro Untersuchung zum Vergleich von Polymerisationsverfahren anhand von Härteprofilen

Neben Halogen (HL)- und Plasmalampen werden LED-Lampen (LED) angeboten, die zur Polymerisation von Komposit geeignet sein sollen. Ziel der Untersuchung war es, Härteprofile von Prüfkörpern aus Komposit zu vergleichen. Je 92 Prüfkörper (3x6x6mm) aus den Kompositen Herculite XRV® und Filtek Supreme® wurden mit einer HL (Elipar II®) und einer LED (Elipar FreeLight II®) über die Dauer von 40 s polymerisiert. Die Messung der Barcol-Härte (BH) erfolgte 5 min nach der Polymerisation und nach 24 h, nach 3 Tagen und nach 20 Tagen Lagerung in Ringerlösung (37°C) bei Dunkelheit. Die Messpunkte lagen 1 mm; 1,5 mm; 2 mm; 2,5 mm und 3 mm unterhalb der Lichteintrittsfläche des Probenkörpers. Das Komposit Herculite XRV® wies bei der Polymerisation mit der HL zu allen Zeitpunkten der Messungen eine signifikante (p≤0,05) bis höchst signifikante (p≤0,001) höhere BH auf als bei der Polymerisation mit der LED. Nur bei der Polymerisation nach einem Tag zeigte Herculite XRV® an zwei Messpunkten nicht signifikante (p>0,05) Unterschiede der BH und an einem Messpunkt zeigte die LED eine signifikante (p≤0,05) höhere BH. Das Komposit Filtek Supreme® wies bei den Messungen nach 5 min und 24 h eine sehr signifikante (p≤0,01) bis höchst signifikante (p≤0,001) höhere BH bei der Polymerisation mit der HL auf. Die Messungen nach 3 Tagen und 20 Tagen zeigten größtenteils nicht signifikante (p>0,05) Unterschiede der BH. Insgesamt konnte beim Vergleich der Härteprofile, die LED-Polymerisation keine ebenbürtigen Ergebnisse erreichen

Ionenstrahlgestützte Molekularstrahlepitaxie von Galliumnitrid-Schichten auf Silizium

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Einfluss einer hyperthermischen Stickstoffionenbestrahlung (Ekin < 25 eV) auf das Galliumnitrid-Schichtwachstum. Dabei wird insbesondere der Einfluss einer Oberflächenrekonstruktion, einer Strukturierung der Oberfläche, einer Zwischenschicht (Pufferschicht) und der Einfluss verschiedener Siliziumsubstratorientierungen auf das epitaktische Wachstum von dünnen Galliumnitrid-Schichten nach einer hyperthermischen Stickstoffionenbestrahlung diskutiert. Ziel war es, möglichst dünne, epitaktische und defektarme Galliumnitrid-Schichten zu erhalten. Für die Charakterisierung der Galliumnitrid-Schichten und der Siliziumsubstrate standen diverse Analysemethoden zur Verfügung. Die kristalline Oberflächenstruktur konnte während des Wachstums mittels Reflexionsbeugung hochenergetischer Elektronen beobachtet werden. Nachfolgend wurde die Oberflächentopografie, die kristalline Struktur und Textur, sowie die optischen Eigenschaften der Galliumnitrid-Schichten mittels Rasterkraftmikroskopie, Röntgenstrahl-Diffraktometrie, hochauflösender Transmissionselektronenmikroskopie und Photolumineszenzspektroskopie untersucht

OPTOELEKTRONIK AUF SILIZIUM – EINE HERAUSFORDERUNG FÜR DIE HALBLEITERPHYSIK

Derzeit vollzieht sich, noch nahezu unbemerkt, eine Revolution auf dem Beleuchtungssektor – die Ablösung der Glühbirne durch lichtemittierende (optoelektronische) Halbleiterbauelemente, die weißen Leuchtdioden (LEDs) auf der Basis von Galliumnitrid (GaN). Galliumnitrid wird bisher entweder auf Saphir- oder auf Siliziumkarbid-Substraten hergestellt. Beide Substratarten haben jedoch einige unerwünschte physikalische Eigenschaften und sind relativ teuer. Daher ist man seit Ende der 80er Jahre auf der Suche nach alternativen Substraten wie Silizium (Si). Auf Silizium ließe sich Galliumnitrid nicht nur großflächig und kostengünstig herstellen, es böte sich auch erstmals die faszinierende Möglichkeit der optoelektronischen Integration auf Silizium. In diesem Artikel berichten wir über die Forschungsaktivitäten der Abteilung Halbleiterepitaxie am Institut für Experimentelle Physik der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg auf diesem Gebiet, die bereits nach kurzer Zeit zu bauelementreifen Prototypen von blauen LEDs und Transistoren auf Silizium geführt haben

Strukturierung von Zinkoxid und Galliumnitrid mit Femtosekundenlaserpulsen : Ablation, Oberflächenstrukturen und optische Eigenschaften

Structuring the surface of semiconductor devices with femtosecond laser pulses is a promising method for enhancing the device performance while keeping thermal damage as small as possible. The surface processing with femtosecond pulses provides two main opportunities that are hard to realize with other processing techniques. First femtosecond laser pulses can generate a large number of different self-organized surface morphologies with characteristic sizes ranging from nanometers to micrometers. They make it possible to create subwavelength structures not available by laser with longer pulses. Thus they offer the possibility to roughen the surface of semiconductors at different spatial scales and therefore allow one to adapt the laser process to the desired functionality of the device surface. Second femtosecond pulses of sufficient intensity allow to trap a very large amount of dopants within a small depth from the surface. In this way it is possible to create highly doped surfaces that can be used to increase the efficiency of solar cells or photodetectors. In this thesis the author examines the femtosecond laser pulse structuring of gallium nitride and zinc oxide. Both are technologically important wide band gap semiconductors. The first part of the thesis explores the ablation and surface modification of both semiconductors. For zinc oxide it is found that surface is ablated at a laser fluence of 0.5 J/cm^2. For gallium nitride the measured single laser pulse threshold lies at 0.6 J/cm^2. The single pulse threshold values agree with what is expected for an electrostatic ablation process. The ablation threshold depends strongly on the number of structuring laser pulses. Crossectional energy dispersive x-ray measurements show that it is possible to incorporate antimony into the zinc oxide surface layer at level of 1-2 atomic percent. In the second part of the thesis laser-induced self-organized surface structures are analyzed. The presented studies focus on so called LIPSS (laser induced periodic surface structures) on the c-plane zinc oxide and gallium nitride. By varying laser parameters such as laser fluence and the angle of incidence the formation mechanism is studied. It is observed that the periodicity of the surface structures increases for larger incidence angles in a way that can be explained by surface scattering of the incident laser light. When lowering the applied laser fluence a transition from wavelength-sized LIPSS (650 nm) to subwavelength-sized LIPSS (200 nm) is observed indicating a pronounced transient change of the optical properties of the surface layer. This alteration allows the excitation of high frequency surface plasmons that might well explain the observed LIPSS. The LIPSS behave similar on both semiconductor surfaces. In the third part of the thesis the optical properties of femtosecond laser processed zinc oxide are studied by Raman spectroscopy, photoluminescence spectroscopy and absorption spectroscopy. High above the ablation threshold of zinc oxide a low number of laser pulses will cause large stress on the surface layer that leads to surface cracking and a delamination of crack tiles. This cracking does not fully relax the surface layer and a residual strain of up to 1.8 % is detected. The observed strain pattern supports an origin by thermal stress generated by the cooling following the laser-matter-interaction. For samples structured with a larger number of laser pulses, a phonon confinement induced broadening and shift of the E2(high) mode is observed. Simultaneously the intensity of the A1(LO) mode is enhanced and polar surface phonons are observed pointing to a nanocrystalline surface layer rich in defects. Photoluminescence measurements confirm this and provide evidence for an increase in the zinc interstitial density. As a consequence the light absorption increases drastically from the near-UV to near-IR spectral region. The laser processing allows to control the optical absorption of zinc oxide over a wide range not known from other processing techniques

Erzeugung und Charakterisierung von III/V-Halbleiter-Nanopartikeln in nanoporösen Aluminiumoxidmembranen

Primäres Ziel dieser Arbeit ist die gezielte Herstellung und Charakterisierung eines lumineszierenden Galliumnitrid-Aluminiumoxidmembran-Komposits. Basierend auf diesem III/V-Halbleiter sollen Nanometer große Strukturen in den Kavitäten einer nanoporösen Aluminiumoxidmembran makroskopisch manipulierbar gemacht werden. Somit gliedert sich die Aufgabenstellung in zwei Teilbereiche: Es sind die Eigenschaften der Aluminiumoxidmembran hinsichtlich der Erzeugung und dem optischen Verhalten des erzeugten Halbleiters anzupassen. Ein wichtiger Aspekt betrifft die herstellungsbedingte Verunreinigung der Aluminiumoxidmembran durch die Anionen des verwendeten Elektrolyten. Diese können die Eigenschaften erzeugter Halbleiterquantenpunkte beeinträchtigen. Folglich sollte eine nanoporöse Aluminiumoxidmembran aus möglichst reinem Aluminiumoxid bestehen. Hierbei ist zu gewährleisten, daß die Porenstruktur weder durch unerläßliche Modifikationen, noch unter den Synthesebedingungen des Halbleiters leidet. Im zweiten Teilbereich steht die Synthese des eigentlichen lumineszierenden Materials Galliumnitrid im Vordergrund. Nach dem derzeitigen Stand der Technik kommen für die Erzeugung des Halbleiters Galliumnitrid vor allem zwei Kategorien von Vorläuferverbindungen (Precursoren) in Betracht: Zum Einen sind dies metallorganische Single-Source-Precursoren, die eine Herstellung bei vergleichsweise niedriger Temperatur zulassen und damit eine Thermolyse des entstehenden Galliumnitrids verhindern, zum Anderen rein anorganische Precursoren, die bei Temperaturen um 1000°C zum Galliumnitrid umgesetzt werden. Im Gegensatz zu den metallorganischen Precursoren besteht keine Kontaminationsgefahr des entstehenden Halbleiters mit Thermolyseprodukten organischer Substituenten, die eine Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften nach sich ziehen könnte. Aufgrund des generellen Interesses an einem alternativen Zugang zu konventionellen Produktionsmethoden sollte die Erzeugung des III/V-Halbleiter-Aluminiumoxidmembran-Komposits durch eine einfache und routinemäßig durchführbare Präparationstechnik gekennzeichnet sein. Zur Charakterisierung der Membran wird in der Entwicklungsphase hauptsächlich das Rasterkraftmikroskop eingesetzt. Die Eigenschaften des Komposits sollen in der Regel durch NMR- als auch XRD-Messungen bestimmt werden und damit eine kollektive Erfassung entstehender Halbleiterpartikel erfolgen

Beiträge zur Darstellung binärer und ternärer Nitride der Elemente Ga, Ru, Rh, Pd, Au, U

Die Dissertation beinhaltet Untersuchungen zur Darstellung binärer und ternärer Nitride der Elemente Ga, Ru, Rh, Pd, Au und U. Die Systeme Li-M-N (M = Ru, Rh, Pd, U), Na-M-N (M = Ga, Ru, Rh, Pd, U), Ca-U-N und Sr-Au-N werden diskutiert.Hervorzuheben sind die Verbindungen LiUN2, Li2UN2 und (Ca0,25U0,75)N0,96, die mittels Röntgenbeugungs- und teilweise mit Neutronenbeugungsmethoden charakterisiert wurden. In den Systemen Li-M-N (Ru, Rh, Pd) und Na-M-N (M = Ga, Ru, Rh, Pd, U) wurde die Bildung ternärer Nitride nicht beobachtet. Umsetzungen von NaNH2 mit Rh führten zur Bildung von Na3RhH6, das mit Röntgenbeugungsmethoden an Einkristallen untersucht werden konnte. Umsetzungen von Na/NaNH2/NaN3-Gemengen mit Ga führten in Abhängigkeit von der maximalen Reaktionstemperatur zur Bildung von einkristallinem a-GaN oder zur Bildung von NaGa(NH2)NH.Desweiteren konnten die Strukturen von SrAu5, Ga3Ni2, K11[(SiO4)2](OCN)2H mittels Einkristallröntgenstrukturanalyse bestimmt werden.This PhD thesis contents investigations of the synthesis of binary and ternary nitrides with the elements Ga, Ru, Rh, Pd, Au and U. The ternary systems Li-M-N (M = Ru, Rh, Pd, U), Na-M-N (M = Ga, Ru, Rh, Pd, U) Ca-U-N and Sr-Au-N were discussed.The compounds LiUN2, Li2UN2 and (Ca0,25U0,75)N0,96 were determined by using x-ray powder diffraction and neutron scattering methods.The formation of ternary nitrides were not investigated in the systems Li-M-N (Ru, Rh, Pd) and Na-M-N (M = Ga, Ru, Rh, Pd, U). Reactions of NaNH2 with Rh have shown the formation of Na3RhH6, which was determined with single crystal techniques. Reactions of Na/NaNH2/NaN3-mixtures with Ga were used to obtain crytalline a-GaN. At lower temperatures the formation of NaGa(NH2)NH was investigated.The structures of SrAu5, Ga3Ni2, K11[(SiO4)2](OCN)2H were determined by using single crystal methods