publication . Doctoral thesis . 2013

Preparation and Characterization of ZnO1-xSx thin films : Doping with Hydrogen and ZnO1-xSx/GaN hetero junction light emitting diodes

Kronenberger, Achim;
Open Access German
  • Published: 01 Jan 2013
  • Publisher: Justus-Liebig-Universität Gießen
  • Country: Germany
Abstract
Das ternäre Materialsystem ZnO1-xSx ist für den Einsatz als Cd-freie Pufferschicht in Solarzellen, für Halbleiter-Heterostrukturen (z.B. Leuchtdioden) oder als Bandkanten-Filter interessant, da sich die energetische Lage von Valenzband-Maximum und Leitungsband-Minimum und somit ebenfalls die Energie der Bandlücke durch die Komposition beeinflussen lassen. Zusätzlich eignet es sich aufgrund der damit einhergehenden Veränderung der elektrischen und phononischen Eigenschaften als Modelsystem für thermoelektrische Systeme. Vor allem für das binäre Material ZnO, aber auch für den kompletten ternären Mischungsbereich, ist weiterhin die Anwendung als Indium-freies, tra...
Subjects
free text keywords: ZnO, ZnO1-xSx, Wasserstoff, Dotierung, LED, Hydrogen, Doping, Physics, ddc:530
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2. Grundlagen der Materialsysteme 5 2.1. Zinkoxid - (ZnO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.2. Zinksulfid - (ZnS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.3. ZnO1-xSx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3. Schichtherstellung 15 3.1. Physikalische Gasphasenabscheidung - PVD . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.2. Dünnschichtabscheidung mittels Kathodenzerstäubung . . . . . . . . . . 15 3.3. Verwendte Beschichtungsanlagen, Targets und Gase . . . . . . . . . . . 18 3.4. Substrate, Vorbehandlung und Abscheidungsprozess . . . . . . . . . . . 22

4. Ergebnisse und Diskussion 27 4.1. Undotiertes ZnO1-xSx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 4.1.1. Abscheidung von Zinksulfid und Zinkoxid . . . . . . . . . . . . . 27 4.1.2. Abscheidung von ZnO1-xSx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4.1.3. Schichtdickenbestimmung und Dispersion des Brechungsindexes . 54 4.1.4. Thermische Stabilität des Materialsystems . . . . . . . . . . . . . 58 4.1.5. Einfluss der Substrattemperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 4.2. Dotierung mit Wasserstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.2.1. Die Rolle von Wasserstoff in Zinkoxid . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.2.2. Streuung an Korngrenzen in polykristallinen Materialien . . . . . 71 4.2.3. Wasserstoffdotierung von Zinkoxid . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.2.4. Wasserstoffdotierung von ZnO1-xSx . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 4.3. ZnO1-xSx/GaN-Heterostruktur-Leuchtdioden . . . . . . . . . . . . . . . 102 4.3.1. Galliumnitrid-Templat und Strukturierung der Dioden . . . . . . 103 4.3.2. ZnO/GaN-Leuchtdioden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 4.3.3. ZnO1-xSx/GaN-Leuchtdioden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

A. Anhang 131 A.1. Analyseverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 A.1.1. Optische Spektroskopie - Transmission und Reflexion . . . . . . . 131 A.1.2. Röntgenbeugung - XRD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 A.1.3. Röntgenreflektometrie - XRR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 A.1.4. Elektrische Charakterisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 A.1.5. Rasterelektronenmikroskopie - REM . . . . . . . . . . . . . . . . 144 A.1.6. Rasterkraftmikroskopie - AFM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 127 A.1.7. Photo- und Elektrolumineszenzspektroskopie - PL, EL . . . . . . 147 A.1.8. Sekundärionen-Massenspektrometrie - SIMS . . . . . . . . . . . . 149 A.1.9. Röntgenphotoelektronenspektroskopie - XPS . . . . . . . . . . . 150 A.2. Strukturfaktoren für Röntgenbeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 A.2.1. Zinkoxid - (ZnO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 A.2.2. Zinksulfid - (ZnS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

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