Steps towards a GaN nanowire based light emitting diode and its integration with Si-MOS technology
Creators: name: Limbach, Friederich
Publisher: name: Berlin : Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2012
Subjects: subject: GaN
subject: MBE
subject: Nanodrähte
subject: LED
subject: nanowires
subject: 530

description: his work is concerned with the realization and investigation of a light emitting diode (LED) structure within single GaN nanowires (NWs) and its integration with Si technology. To this end first a general understanding of the GaN NW growth is given. This is followed by investigations of the influence which doping species, such as Mg and Si, have on the growth of the NWs. The experience gathered in these studies set the basis for the synthesis of nominal p-i-n and n-i-p junctions in GaN NWs. Investigations of these structures resulted in the technologically important insight, that p-type doping with Mg is achieved best if it is done in the later NW growth stage. This implies that it is beneficial for a NW LED to place the p-type segment on the NW top. Another important component of an LED is the active zone where electron-hole recombination takes place. In the case of planar GaN LEDs, this is usually achieved by alloying Ga and In to form InGaN. In order to be able to control the growth under a variety of conditions, we investigate the growth of InGaN in the form of extended segments on top of GaN NWs, as well as multi quantum wells (MQWs) in GaN NWs. All the knowledge gained during these preliminary studies is harnessed to reach the overall goal: The realization of a GaN NW LED. Such structures are fabricated, investigated and processed into working LEDs. Finally, a report on the efforts of integrating III-nitride NW LEDs and Si based metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET) technology is given. This demonstrates the feasibility of the monolithic integration of both devices on the same wafer at the same time.
description: In dieser Arbeit wird die Machbarkeit der Herstellung von Leuchtdioden Strukturen (LEDs) in einzelnen GaN Nanodrähten (ND) und deren Integration mit herkömmlicher Si Technologie untersucht. Hierzu wird zunächst ein generelles Verständnis des Wachstums von GaN ND erarbeitet und dargestellt. Es folgen Untersuchungen zum Einfluss von Dotierstoffen, wie z.B. Mg und Si, auf das Wachstum der ND. Dieses Wissen wird anschließend angewandt um Dotierübergänge in GaN ND herzustellen die nominell n-i-p bzw. p-i-n dotiert sind. Diese Untersuchung brachte die technologisch wichtige Erkenntnis, dass eine p-Dotierung mit Mg am besten erreicht werden kann wenn die ND bereits wohl entwickelt sind. Dies bedeutet, dass der obere Teil der ND LEDs aus p-Typ Material bestehen wird. Eine weitere wichtige Komponente von LEDs ist die aktive Zone in der die Elektron-Loch-Rekombination stattfindet. Im Fall von planaren GaN LEDs wird diese durch Zugabe von In und die Formierung von InGaN hergestellt. Wir untersuchen das Wachstum von InGaN auf Si, GaN NDs und in Form von MQWs, um das Wachstum und insbesondere den In Gehalt unter vielen Bedingungen kontrollieren zu können. Das gesamte Wissen der Voruntersuchungen wird kombiniert und für das Ziel dieser Arbeit nutzbar gemacht: Die Herstellung von GaN ND basierten LEDs. Diese Strukturen werden untersucht und zu einer funktionierenden LED weiter prozessiert. Abschließend wird von den Anstrengungen zur Integration von III-Nitrid LEDs und Si basierter MOSFET Technologie berichtet. Es wird erstmalig erfolgreich die monolithische Integration dieser beiden Bauelemente und ihr gleichzeitiges Funktionieren gezeigt.