Defects in AlN: High-frequency EPR and ENDOR studies

Compensation by deep-level defects and self-compensation of shallow donors in AlN are discussed in the light of results of a high-frequency pulse electron paramagnetic resonance (EPR) and electron-nuclear double resonance (ENDOR) study. It was suggested on the basis of the large mostly isotropic hyperfine interaction with A(27Al)=406 MHz that one of the deep-level defect is isolated interstitial Al2+ atom. Two types of effective-mass-like shallow donors with a delocalised wave function were shown to exist in unintentionally doped AlN. The experiments demonstrate how the transformation from a shallow donor to a deep (DX) centre takes place and how the deep DX centre can be reconverted into a shallow donor forming a spin triplet and singlet states with an exchange interaction of about 24 cm-1 and with a lowest triplet state. © 2009 Elsevier B.V. All rights reserved

Observation of the triplet metastable dtate of shallow donor pairs in AlN crystals with a negative-U behavior: A high-frequency EPR and ENDOR study

Theoretical predictions about the n-type conductivity in nitride semiconductors are discussed in the light of results of a high-frequency EPR an ENDOR study. It is shown that two types of effective-mass-like, shallow donors with a delocalized wave function exist in unintentionally doped AlN. The experiments demonstrate how the transformation from a shallow donor to a deep (DX) center takes place and how the deep DX center can be reconverted into a shallow donor forming a spin triplet and singlet states. © 2008 The American Physical Society

AlN overgrowth of nano-pillar-patterned sapphire with different offcut angle by metalorganic vapor phase epitaxy

We present overgrowth of nano-patterned sapphire with different offcut angles by metalorganic vapor phase epitaxy. Hexagonal arrays of nano-pillars were prepared via Displacement Talbot Lithography and dry-etching. 6.6 µm crack-free and fully coalesced AlN was grown on such substrates. Extended defect analysis comparing X-ray diffraction, electron channeling contrast imaging and selective defect etching revealed a threading dislocation density of about 109 cm-2. However, for c-plane sapphire offcut of 0.2° towards m direction the AlN surface shows step bunches with a height of 10 nm. The detrimental impact of these step bunches on subsequently grown AlGaN multi-quantum-wells is investigated by cathodoluminescence and transmission electron microscopy. By reducing the sapphire offcut to 0.1° the formation of step bunches is successfully suppressed. On top of such a sample an AlGaN-based UVC LED heterostructure is realized emitting at 265 nm and showing an emission power of 0.81 mW at 20 mA (corresponds to an external quantum efficiency of 0.86 %)

The 2020 UV emitter roadmap

Solid state UV emitters have many advantages over conventional UV sources. The (Al,In,Ga)N material system is best suited to produce LEDs and laser diodes from 400 nm down to 210 nm—due to its large and tuneable direct band gap, n- and p-doping capability up to the largest bandgap material AlN and a growth and fabrication technology compatible with the current visible InGaN-based LED production. However AlGaN based UV-emitters still suffer from numerous challenges compared to their visible counterparts that become most obvious by consideration of their light output power, operation voltage and long term stability. Most of these challenges are related to the large bandgap of the materials. However, the development since the first realization of UV electroluminescence in the 1970s shows that an improvement in understanding and technology allows the performance of UV emitters to be pushed far beyond the current state. One example is the very recent realization of edge emitting laser diodes emitting in the UVC at 271.8 nm and in the UVB spectral range at 298 nm. This roadmap summarizes the current state of the art for the most important aspects of UV emitters, their challenges and provides an outlook for future developments

Inkohärente Neutronenstreuung an festem Wasserstoff

In dieser Arbeit wurden die Bewegungen der Molekülschwerpunkte und die Rotationsbewegungen in festem Wasserstoff mit inkohärenter Neutronenstreuunguntersucht. Ein erster Vergleich mit der Theorie zeigte, daß die gemessenen Signale sehr hohe Anteile an Mehrfachstreuung enthielten. Deswegen wurde ein Monte-Carlo Programm weiterentwickelt, das bei einer gegebenen Streufunktion eine vollständige Simulation des Experiments und damit eine sehr genaue Korrektur für Mehrfachstreuung ermöglicht. Mit Hilfe dieses Programms wurde gezeigt, daß sich die experimentellen Daten hinsichtlich der Bewegungen der Molekülschwerpunkte sehr gut durch eine Streufunktion beschreiben lassen, die mit der eines harmonischen Kristalls formal identisch ist. Daß diese Identität nur formal besteht, kann man aus dem Vergleich des gemessenen Spektrums der Bewegungen mit einer in einer harmonischen Näherung berechneten Zustandsdichte entnehmen. Man findet den erwartet großen Einfluß der Anharmonizitäten und kurzreichweitigen Korrelationen auf diese Zustandsdichte. Eine mittlere quadratische Auslenkung von .46 $\mathring{A}^{2}$bestätigt die Quantenkristallnatur des festen Wasserstoff. Hinsichtlich der Rotationsbewegungen wurde der Übergang l = 1 $\rightarrow$ l = 0untersucht, und zwar die mittlere Übergangsenergie sowie die Halbwertsbreite der Übergangslinie als Funktion der Konzentration x der ortho Komponente (14 = x = 91 %) bei zwei Temperaturen (1.2 und 4.2 K). Beide Größen wurden mit den Ergebnissen makroskopischer Messungen und mit einigen theoretischen Modellen verglichen. Dabei passen die Ergebnisse für alle ortho Konzentrationen, bei denen sich unsere Proben in der orientierungsungeordneten hcp Phase befanden, gut in den von den makroskopischen Experimenten und der Theorie vorgezeichneten Rahmen. Im besonderen läßt sich die Übergangsenergie bei 4.2 K gut durch eine übereine Hochtemperaturentwicklung bestimmte [1,2] Padé Approximante beschreiben. Bei dieser Hochtemperaturentwicklung wurde als anisotrope Wechselwirkung zwischen den ortho Molekülen die elektrische Quadrupol-Quadrupol Wechselwirkung genommen und eine statistische Verteilung der ortho Moleküle unterstellt. Der Unterschied zu einer thermischen Gleichgewichtsverteilung der ortho Moleküle wurde für ein mikroskopisches Modell bei kleinen ortho Konzentrationen berechnet.Dabei zeigte sich, daß unsere Daten sehr viel mehr einer statistischen als einer Gleichgewichtsverteilung entsprechen. In den Konzentrations- und Temperaturbereichen, in denen eine orientierungsgeordnete fcc Phase hätte vorliegen sollen, weisen alle Ergebnisse konsistent darauf hin, daß sich unsere Proben stattdessen in einer geordneten hcp Phase befanden. Daß die Molekülschwerpunkte ein hcp Gitter bildeten, läßt sich aus dem Spektrum der Translationsbewegungenschließen. Extrapoliert man die bei 1.2 K als Funktion der ortho Konzentration x gemessenen Energien des Übergangs l = 1 $\rightarrow$ l = 0 nach x = 1 (reiner ortho Wasserstoff), so findet man einen Wert, der mit Berechnungen für eine geordnete hcp Phase übereinstimmt. Bei der für diese Phase abgeschätzten Phasenumwandlungskonzentration wurde außerdem eine Änderung des funktionalen Verhaltens der Übergangsenergie gefunden. Die Art dieser Änderung läßt vermuten, daß in unseren Proben innere Spannungen vorgelegen haben, die dem Übergang hcp $\rightarrow$ fcc entgegenwirkten und stattdessen zu der geordneten hcp Phase führten. Diese Beobachtungen sind konsistent mit der Tatsache, daß die für die fcc Phase vorhergesagten und in spektroskopischen Experimenten nachgewiesenen Drehimpulswellen weder direkt noch über ihren Einfluß auf den Rotationsübergang nachgewiesen werden konnten

Defects in AlN: High-frequency EPR and ENDOR studies

Compensation by deep-level defects and self-compensation of shallow donors in AlN are discussed in the light of results of a high-frequency pulse electron paramagnetic resonance (EPR) and electron-nuclear double resonance (ENDOR) study. It was suggested on the basis of the large mostly isotropic hyperfine interaction with A(27Al)=406 MHz that one of the deep-level defect is isolated interstitial Al2+ atom. Two types of effective-mass-like shallow donors with a delocalised wave function were shown to exist in unintentionally doped AlN. The experiments demonstrate how the transformation from a shallow donor to a deep (DX) centre takes place and how the deep DX centre can be reconverted into a shallow donor forming a spin triplet and singlet states with an exchange interaction of about 24 cm-1 and with a lowest triplet state. © 2009 Elsevier B.V. All rights reserved

Defects in AlN: High-frequency EPR and ENDOR studies

Compensation by deep-level defects and self-compensation of shallow donors in AlN are discussed in the light of results of a high-frequency pulse electron paramagnetic resonance (EPR) and electron-nuclear double resonance (ENDOR) study. It was suggested on the basis of the large mostly isotropic hyperfine interaction with A(27Al)=406 MHz that one of the deep-level defect is isolated interstitial Al2+ atom. Two types of effective-mass-like shallow donors with a delocalised wave function were shown to exist in unintentionally doped AlN. The experiments demonstrate how the transformation from a shallow donor to a deep (DX) centre takes place and how the deep DX centre can be reconverted into a shallow donor forming a spin triplet and singlet states with an exchange interaction of about 24 cm-1 and with a lowest triplet state. © 2009 Elsevier B.V. All rights reserved