Publikationsserver der Universitätsbibliothek Marburg

Titel:Epitaxial growth and characterization of dilute nitride based “W”-quantum well heterostructures for laser applications
Autor:Lehr, Jannik
Weitere Beteiligte: Stolz, Wolfgang (Prof. Dr.)
Veröffentlicht:2022
URI:https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2022/0109
DOI: https://doi.org/10.17192/z2022.0109
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2022-01098
DDC:530 Physik
Publikationsdatum:2022-05-05
Lizenz:https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/

Dokument

Schlagwörter:
MOCVD MOVPE Halbleiterlaser Typ-II Heterostrukturen Nahinfrarot-Laser Epitaxie Physik, Semiconductor lasers Near-infrared laser Physics Epitaxy Type-II Heterostructures

Summary:
In this present thesis, the growth by metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) of GaAs-based materials is investigated to shift the emission wavelength to longer wavelengths. This was addressed by incorporating dilute amounts of nitrogen into “W” type-II heterostructures (WQWH). As materials, studies regarding Ga(N,As)/Ga(As,Sb)/Ga(N,As), Ga(N,As)/(Ga,In)As/Ga(N,As), and (Ga,In)(N,As)/Ga(As,Sb)/(Ga,In)(N,As) WQWH were detailed, ultimately leading to the very first dilute nitride based WQWH laser device exhibiting room temperature lasing. At first, the respective single quantum wells were analyzed with a particular focus on the possible interactions between the epitaxial growth of the entire “W” heterostructures, especially the influence of surface segregated antimony on the nitrogen incorporation in the subsequent dilute nitride containing layer. For that, the consideration was divided into gas phase and surface effects. Investigations of gas phase effects were carried out using an in-situ mass spectrometer integrated into the MOVPE reactor and examining the decomposition temperatures of the respective nitrogen precursors under the application of different amounts of antimony precursor supply. In detail, the nozzle of the mass spectrometer was overgrown with polycrystalline GaAs to comprise catalytic effects. The decomposition as a function of the ambient temperature while supplying varying amounts of antimony precursor was analyzed. For the conventional most established nitrogen precursor 1,1-dimethylhydrazine (UDMHy), an elevated decomposition temperature was observed for increased antimony precursor supply, indicating that UDMHy decomposition is highly dependent on the underlying surface due to significant changes of surface reconstructions occurring because of surface segregation of antimony atoms. In contrast to that, the novel combined nitrogen and arsenic precursor di-tert-butyl-amino-arsane (DTBAA) showed a much weaker sensitivity on the surface and no influence on the antimony supply. Besides that, surface effects were investigated by growing relatively thick Ga(N,As) layers under a constant supply of antimony. As a result, no influence of this antimony on the incorporation efficiency was found when DTBAA was used, while a strong reduction to almost no nitrogen incorporation occurred when UDMHy was utilized. However, the effect of reduced nitrogen incorporation of UDMHy combined with antimony was reported to be perfectly compensable with an application of higher UDMHy supplies. All in all, the effect of antimony could not be exhaustively clarified, but first hints point towards a decomposition effect occurring at the growth surface. Future experiments will be conducted investigating the precise changes of precursor decomposition paths under antimony influence. These insights were exploited for growing the full Ga(N,As)/Ga(As,Sb)/Ga(N,As) WQWH in which the first Ga(N,As) quantum well can be deposited undisturbed while the growth of the second Ga(N,As) quantum well suffers from the influence of surface segregated antimony from the previous Ga(As,Sb) layer deposition causing the nitrogen incorporation to drop by 60%. An optimization process was developed to overcome this issue, which included a compensation of the reduced nitrogen incorporation by adjusting the UDMHy supply. Besides that, optimization of the internal interfaces between Ga(N,As) quantum wells to the Ga(As,Sb) quantum well was carried out. For that, an antimony predeposition before growing Ga(As,Sb) layers helped to achieve an abrupt chemical composition profile. The second internal interface was prepared by applying TBAs stabilized growth interruptions, smoothing the surface while desorbing excess antimony. However, the duration of such growth interruptions must be carefully chosen since too long durations induce the effect of antimony desorption from the already grown crystal, hence worsening the interface morphology. As optimized durations, 20 s or 30 s were determined for growth at 550°C or 525°C, respectively. Unfortunately, the full antimony surface coverage cannot be abolished within 20 s but only after a growth interruption of 120 s. Nevertheless, the antimony surface coverage is already significantly reduced after 20 s long growth interruptions, and the compensation of the reduced nitrogen incorporation can easily be achieved. Alternatively, DTBAA can be used as nitrogen precursor removing the need for further optimization of the nitrogen incorporation equality because the incorporation efficiency was not influenced by antimony. The epitaxial growth of Ga(N,As)/(Ga,In)As/Ga(N,As) WQWH raises a similar challenge, namely a reduction of nitrogen incorporation due to segregated indium atoms. An application of TBAs stabilized growth interruption after the (Ga,In)As quantum well growth of up to 120 s resulted in improved optical properties but showed no effect on the nitrogen incorporation into the subsequent Ga(N,As) quantum well due to the lower volatility of indium atoms, compared to antimony atoms. So far, the nitrogen incorporation issue was not solved for (Ga,In)(N,As)/Ga(As,Sb)/(Ga,In)(N,As) WQWH if UDMHy is used due to even more severe effects if indium and antimony atoms affect the nitrogen incorporation simultaneously. Thus, DTBAA was successfully employed for growing these structures resulting in symmetric nitrogen incorporation. For all the above-mentioned material systems, laser devices were fabricated according to the insights gained by all epitaxial growth experiments. All materials have in common that they feature diluted amounts of nitrogen as an essential element for reducing the conduction band edge. Experimental determination of the optical efficiency of multiple laser devices reveals a strong dependence of the optical efficiency on the nitrogen content which was attributed to the formation of nitrogen clusters and carbon incorporation that act as non-radiative recombination centers. The investigation of Ga(N,As)/(Ga,In)As/Ga(N,As) based laser structures exhibited the least suitability for laser applications due to too low band offsets while requiring relatively large nitrogen contents. Better suitability was found for Ga(N,As)/Ga(As,Sb)/Ga(N,As) WQWH because only 2% nitrogen is necessary to reach emission at 1.3 µm. Even less nitrogen (less than 1%) is needed if (Ga,In)(N,As) replaces Ga(N,As) as electron quantum well material. With this, even 1.5 µm are reachable with reasonable nitrogen contents. Valuable insights were gained when examining the device properties of Ga(N,As)/Ga(As,Sb)/Ga(N,As) WQWH based devices. For relatively low nitrogen contents, a significant saturation of the optical output power was observed, while for higher nitrogen contents above 3%, the optical output power was found to be weak. These effects were attributed to two different major loss channels that come into play at different nitrogen contents. Under low nitrogen conditions non-radiative recombination paths increase the threshold current density to comparatively high values. Before sufficient photon densities could be reached, electrons occupy energetically higher states facilitating electron leakage to conduction band barrier states. In the case of large nitrogen contents, the non-radiative recombination processes become the major limiting factor. Carrier leakage was additionally proven by realization of Ga(As,Sb)/Ga(N,As)/Ga(As,Sb) “M” type-II structures in which one instead of two Ga(N,As) quantum wells provide confined electron states. These issues can be partly overcome by replacing Ga(N,As) by (Ga,In)(N,As). It was found that less nitrogen content is required to achieve a sufficiently high conduction band barrier due to the band edge reduction introduced already by indium incorporation alone. This reduced requirement of nitrogen incorporation enables a reduced non-radiative recombination path. Finally, these structures led to the outstanding result of first room temperature lasing for this material class. A device containing 1.1% nitrogen showed lasing above a current density of 9.5 kA/cm² with a differential efficiency of 1% and an optical efficiency of 4.6 mW/A. A pump current limited maximum pulse output power of 27.5 mW was reached. Spectral characterization revealed a lasing wavelength of 1.28 µm, which could be shifted to longer wavelengths by further optimizing this structure. When considering Ga(N,As)/(Ga,In)As/Ga(N,As) WQWH devices, the barriers especially in the valence band are too low and thus electronic states spanning over the full WQWH are forming, as indicated by the weak blueshift at high excitation densities. First attempts to find suitable annealing conditions were made by applying in-situ reactor annealing or additional rapid thermal annealing with different temperatures and ambients. However, all investigated WQWHs seem to deteriorate under all examined conditions in structural quality due to the applied annealing steps. This was attributed to an over-annealing since all structures endured already a long annealing step in the form of cladding growth. All in all, the development of a proof of principle laser device was successful, with the first ever demonstrated room temperature laser emission of dilute nitride-based type-II WQWH.

Zusammenfassung:
Das Internet und seine Anwendungen wachsen seit ihrer Erfindung stetig und sind aus der modernen Welt nicht mehr wegzudenken. Durch Anwendungen wie Videostreaming, Videokonferenzen und Cloud Computing werden die Anforderungen an die Bandbreite immer größer. Diese können schon seit dem Aufkommen des Internets nicht mehr allein durch elektrische Signalübertragung gewährleistet werden. Stattdessen sorgen optische Übertragungswege für eine schnelle und zuverlässige Übermittlung. Diese optischen Übertragungswege basieren auf optischen Glasfasern, die ein großes, die gesamte Welt umspannendes Netz bilden. In diese Glasfaserkabel wird Licht eingespeist, an das einige Anforderungen gestellt werden. Zum einen muss es möglich sein, die Lichtquelle schnell elektrisch modulieren zu können, um die entsprechende Bandbreite realisieren zu können. Außerdem soll das Signal möglichst weit ungestört übertragen werden können, weshalb das Absorptionsspektrum von Glasfaserkabeln betrachtet werden muss. Dieses hat ein Absorptionsminimum bei einer Wellenlänge von 1.55 µm, also im infraroten Bereich. Nicht nur die Absorption ist wichtig, sondern auch die Dispersion, die möglichst gering sein sollte, damit einzelne Lasermoden wiederum eine möglichst geringe Phasendifferenz untereinander erfahren. Dies ist bei einer Wellenlänge von 1.3 µm möglich. All diese Anforderungen werden ideal durch Halbleiterlaserdioden mit Emissionswellenlängen in der Nähe von 1.3 µm oder 1.55 µm erfüllt, weshalb diese für Anwendungen der optischen Signalübertragung zum Einsatz kommen. Typische Materialien für solche Laser basieren auf InP-Substraten und beinhalten (In,Ga)(As,P)-, (Al,Ga,In)As- oder (Ga,In)As-Quantenfilme. Alle diese Materialien haben das Problem, dass sie große Auger- und andere Verluste aufweisen und damit die Struktur erhitzen. Gleichzeitig sind diese aber auch temperatursensitiv, weshalb externe Kühler verwendet werden müssen, die wiederum die Gesamteffizienz der Systeme absenken. Eine weitere Problematik InP-basierter Materialsysteme ist das Substrat selbst, weshalb andere Substrate bevorzugt werden würden. So hat GaAs den Vorteil, dass alle Prozesse zur Verarbeitung etabliert sind und günstige, große Wafer für hohen Produktionsdurchsatz verfügbar sind. Außerdem existiert mit (Al,Ga)As ein fast gitterangepasstes Material, mit dem Bragg-Spiegel hoher Qualität hergestellt werden können. Leider wurde bis heute kein Materialsystem gefunden, das auf GaAs mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) gewachsen werden kann und gleichzeitig unter Raumtemperaturbedingungen bei 1.55 µm Laseremission aufweist, da alle typischen GaAs basierten Materialien vorher durch zu starke Verspannung limitiert werden. Um die oben genannten Auger-Verluste zu umgehen und gleichzeitig die Emissionswellenlänge weiter in Richtung von 1.55 µm zu verschieben, wurden Typ-II Strukturen vorgeschlagen, welche auf mehreren Quantenfilmen basieren, die eine Typ-II Bandanordnung ausbilden. Dabei bilden sich Quantisierungsniveaus für Elektronen und Löcher in unterschiedlichen Materialien aus, was eine separate und präzisiere Modifikation der elektrischen Eigenschaften für Elektronen und Löcher erlaubt. In der Vergangenheit wurden verschiedene GaAs-basierte Typ-II Heterostrukturen untersucht, wie z.B. (Ga,In)As/Ga(As,Sb)/(Ga,In)As Typ-II „W“ Heterostrukturen, für die sogar effiziente Laser realisiert werden konnten. Als „W“ Strukturen werden Heterostrukturen bezeichnet, die nicht nur einen Elektronenquantenfilm enthalten, sondern zwei, die durch einen Lochquantenfilm getrennt werden. Eine solche Bandanordnung weist einen höheren Wellenfunktionsüberlapp der Loch- und Elektronenzustände auf, wodurch ein höherer Materialgewinn zu erwarten ist. Dieses Material ist ebenfalls durch Verspannung auf Emissionswellenlängen unter 1.3 µm limitiert, da beide Materialsysteme kompressiv verspannt sind. Um dieses Problem zu umgehen, wurden verdünnt stickstoffhaltige Quantenfilme für Elektronen Ga(N,As) oder (Ga,In)(N,As) vorgeschlagen. Damit konnte gezeigt werden, dass Emissionswellenlängen von bis zu 3 µm theoretisch möglich sind. Aufgrund von fehlenden Optimierungen konnte jedoch für entsprechende Laserstrukturen bis jetzt nie bei Raumtemperatur die Laserschwelle überschritten werden. In dieser Arbeit wurde das epitaktische Wachstum mittels MOVPE und die Eigenschaften von verdünnt stickstoffhaltigen Typ-II Laserstrukturen untersucht, um Laseremission bei Raumtemperatur zu erzielen. Dabei wurden die drei folgenden Heterostrukturen als Typ-II „W“ Strukturen eingesetzt: Ga(N,As)/Ga(As,Sb)/Ga(N,As), Ga(N,As)/(Ga,In)As/Ga(N,As) und (Ga,In)(N,As)/ Ga(As,Sb)/(Ga,In)(N,As). Das epitaktische Wachstum erwies sich als Herausforderung, da Antimon und Indium als große Elemente dazu neigen, zum Teil an der Wachstumsoberfläche zu segregieren und damit auch einen Einfluss auf die Abscheidung der folgenden Schichten nehmen. Für alle Materialsysteme wurden deshalb Wachstumsstudien ausgeführt, um die Qualität der Struktur zu optimieren. Dabei wird ein besonderer Fokus auf den Einfluss von Antimon auf den Stickstoffeinbau der folgenden Ga(N,As) Schicht gelegt. Die Untersuchungen wurden in Gasphasen- und Oberflächeneffekte eingeteilt. Gasphaseneffekte wurden mittels eines in-situ Massenspektrometers analysiert, während Wachstumsexperimente an dicken Ga(N,As) Schichten für die Charakterisierung von Oberflächeneffekten verwendet wurden. Dabei wird ersichtlich, dass der typischerweise verwendete Präkursor für Stickstoff 1,1-Dimethylhydrazin (UDMHy) seine Dekompositionstemperatur zu höheren Temperaturen verschiebt, wenn Antimonatome die Oberfläche belegen. Im Vergleich dazu kann dieser Effekt bei Verwendung der neuartigen Stickstoffquelle di-tert-butyl-amino-arsan (DTBAA) nicht beobachtet werden. In gleicher Weise wird ein stark reduzierter Stickstoffeinbau in Ga(N,As) Schichten beobachtet, wenn kleine Mengen der Antimonpräkursors angeboten werden und UDMHy als Stickstoffquelle verwendet wird. Im Kontrast dazu bleibt der Stickstoffeinbau unter Verwendung von DTBAA vollkommen unverändert, trotz hoher Oberflächenbelegung mit Antimonatomen. Die oben beschriebenen Erkenntnisse bestätigten sich bei der Untersuchung von doppelten Quantenfilmstrukturen auf Basis von Ga(As,Sb)/Ga(N,As) Heterostrukturen, bei denen zunächst ein Ga(As,Sb) Quantenfilm und anschließend ein Ga(N,As) Quantenfilm gewachsen wurden. Der Stickstoffeinbau in die Ga(N,As) Schicht reduziert sich in diesem Fall um ungefähr 60% im Vergleich zum Wachstum auf GaAs Oberflächen. Im Folgenden wurde analysiert, wie diese reduzierten Einbauten kompensiert werden können. Es stellte sich heraus, dass der UDMHy Anteil an der Gasphase während des Wachstums der Ga(N,As) Schicht erhöht werden kann, um höhere Einbauten zu erzielen. Auf diese Weise kann in den vollständigen „W“ Strukturen ein gleicher Stickstoffeinbau in beide Ga(N,As) Quantenfilme erzielt werden. Zusätzlich werden die inneren Grenzflächen der „W“ Struktur optimiert, indem an der ersten Grenzfläche eine kurze Vorbelegung mit Antimonatomen eingeführt wurde, während an der Grenzfläche nach dem Ga(As,Sb) Quantenfilm eine TBAs stabilisierte Wachstumsunterbrechung zur Desorption von oberflächensegregierten Antimonatomen genutzt wurde. Beides führt zu einem abrupteren Antimon-Einbauprofil. Es stellte sich heraus, dass die Dauer dieser Wachstumsunterbrechung entscheidend für die Optimierung der inneren Grenzfläche ist. Zu lang andauernde Wachstumsunterbrechungen führen nicht nur zur Desorption der Oberflächenatome, sondern auch zur Desorption von Antimon aus dem bereits gewachsenen Kristall, was dazu führt, dass Löcher in der Wachstumsoberfläche entstehen. Bevor dieser Effekt einsetzt, wurde jedoch eine Verbesserung der Oberflächenqualität beobachtet. Als ideale Längen der Wachstumsunterbrechungen wurde in Abhängigkeit von der Wachstumstemperatur 20 s für 550°C und 30 s für 525°C bestimmt. Bei diesen Dauern ist davon auszugehen, dass noch oberflächensegregiertes Antimon vorhanden ist, jedoch ist die Anzahl dieser Atome bereits drastisch reduziert und die Oberflächenqualität optimiert. Eine ähnliche Problematik tritt beim epitaktischen Wachstum von Ga(N,As)/(Ga,In)As/Ga(N,As) auf. Dort wird der Stickstoffeinbau durch oberflächensegregierte Indiumatome in die zweite Ga(N,As) Schicht um 40% reduziert. Im Gegensatz zu Antimonatomen sind Indiumatome weitaus weniger flüchtig, was dazu führt, dass es in diesem Fall unpraktikabel ist, diese zu desorbieren. Nach 120 s TBAs stabilisierter Wachstumsunterbrechung zeigte sich zwar eine Optimierung der optischen Qualität, jedoch noch keine Änderung des Stickstoffeinbaus. Noch kritischer ist ein ausreichender Stickstoffeinbau, wenn sowohl Indium- als auch Antimonatome gleichzeitig vorhanden sind, wie es bei (Ga,In)(N,As)/Ga(As,Sb)/(Ga,In)(N,As) Heterostrukturen der Fall ist. Daher wurde für dieses Materialsystem erfolgreich die neuartige Stickstoffquelle DTBAA eingesetzt, die in diesen Fällen einen unbeeinflussten Stickstoffeinbau aufweist. Basierend auf diesen Wachstumsexperimenten wurden vollständige Laserstrukturen hergestellt und ausführlich charakterisiert. Alle untersuchten Materialsysteme haben die Eigenart, dass als wichtigstes Element kleine Mengen an Stickstoff dazu benutzt werden, die Leitungsbandkante erheblich zu reduzieren. Daher wurde zunächst der Einfluss des Stickstoffgehalts auf die optischen Eigenschaften der Strukturen untersucht. Dabei wurde für alle Materialsysteme ein Einfluss festgestellt, der bei (Ga,In)(N,As)/Ga(As,Sb)/(Ga,In)(N,As) Heterostrukturen nur minimal ist, jedoch bei beiden anderen Materialsystemen die optische Effizienz bei steigendem Stickstoffgehalt exponentiell verringern lässt. Dies ist damit zu erklären, dass Stickstoff zu spezifischen Defekten führt, die als nichtstrahlende Rekombinationszentren die optische Ausgangsleistung stark verringern. Damit erwiesen sich Ga(N,As)/(Ga,In)As/Ga(N,As) Heterostrukturen als das am wenigsten geeignete aktive Lasermaterial, da diese in weiterer Analyse zeigten, dass bis zu 4% Stickstoff notwendig sind, um eine Emissionswellenlänge von 1.3 µm zu erreichen. Dagegen zeigte sich, dass Ga(N,As)/Ga(As,Sb)/Ga(N,As) Heterostrukturen nur einen Stickstoffeinbau von ungefähr 2% benötigen und (Ga,In)(N,As)/Ga(As,Sb)/(Ga,In)(N,As) „W“ Strukturen sogar nur von 1%. Mit letzterem konnte sogar mit vergleichsweise wenig Stickstoff eine Emissionswellenlänge von 1.55 µm erzielt werden. Bei der Analyse der optischen Ausgangsleistungen in Abhängigkeit von der Anregungsdichte zeigte sich, dass Ga(N,As)/Ga(As,Sb)/Ga(N,As) Strukturen mit weniger als 3% Stickstoff eine Sättigung der optischen Ausgangsleistungen aufweisen. Bevor ausreichend große Ladungsträgerdichten in den Kavitäten erreicht werden können, ermöglicht eine Besetzung von höheren quantisierten Zuständen eine Leckage von Elektronen in Barrierenzustände. Im Fall von Stickstoffeinbauten über 3% sind die nichtstrahlenden Rekombinationsprozesse an durch Stickstoff bedingten Defekten der limitierende Faktor. Beide Verlustprozesse führten dazu, dass die Laserschwelle für die untersuchten Laserstrukturen noch nicht erreicht wurde. Auch an den alternativen „M“ Strukturen Ga(As,Sb)/Ga(N,As)/Ga(As,Sb) wurden diese beiden Verlustprozesse festgestellt. Die optischen Eigenschaften der „M“ Strukturen erwiesen sich durch die verringerte Kopplung der Ga(As,Sb) Lochquantenfilme als schlechter als die von „W“ Strukturen. Diese ergibt sich durch die hohe effektive Masse der Lochzustände. Indem Ga(N,As) in diesen Strukturen durch (Ga,In)(N,As) ersetzt wurde, konnten diese Probleme teilweise umgangen werden, da zum einen der notwendige Stickstoffeinbau niedriger ist, aber gleichzeitig durch den zusätzlichen Indiumeinbau eine ausreichend hohe Barriere im Leistungsband verfügbar ist. Mit diesen Strukturen konnte so das große Ziel eines bei Raumtemperatur funktionierenden Typ II Lasers auf Basis von verdünnt stickstoffhaltigen Materialien erreicht werden. Dieser wies bei einem Stickstoffinhalt von 1.1% eine Schwellstromdichte von 9.5 kA/cm², eine differenzielle Effizienz von 1% und eine optische Effizienz von 4.6 mW/A auf. Eine pumpstromlimitierte maximale Ausgangsleistung von 27.5 µW wurde gemessen. Die spektrale Analyse führte zur Emissionswellenlänge von 1.28 µm. Laserstrukturen basierend auf Ga(N,As)/(Ga,In)As/Ga(N,As) wiesen zu geringe Höhen der Barrieren insbesondere im Valenzband auf, wodurch sich Zustände ausbilden, die die gesamte „W“ Heterostruktur umfassen. Dadurch wurde auch für dieses Materialsystem kein Laserbetrieb beobachtet. Wenn alle möglichen verdünnt stickstoffhaltigen Materialsysteme auf GaAs Substrat auf ihre Nutzbarkeit als aktives Lasermaterial untersucht werden, fällt auf, dass bis jetzt nur sehr spezifische Materialien als aktives Material für Laser benutzt werden konnten. Dazu zählen (Ga,In)(N,As), (Ga,In)(N,As,Sb) und (Ga,In)(N,As)/Ga(As,Sb)/(Ga,In)(N,As) Typ-II „W“ Strukturen. Im Gegensatz dazu konnte mit Ga(N,As,Sb) oder Ga(N,As) nie ein funktionierender Laser bei Raumtemperatur gezeigt werden. Auffällig ist, dass die geeigneten Materialien immer Indium enthalten. Da Stickstoff im Allgemeinen zu einer erhöhten Defektdichte führt, muss thermisches Annealing („ausheilen“) angewandt werden, durch das die mikroskopische Anordnung der Stickstoffatome so verändert wird, dass die Defektdichte reduziert wird. In indiumhaltigen Schichten geschieht dies durch Platzwechsel der Stickstoffatome in indiumreichen Umgebungen. In einer Publikation zeigten Volz et al., dass so bei (Ga,In)(N,As) Quantenfilmen eine Verbesserung der Homogenität der Stickstoffverteilung erzielt werden kann, während die Homogenität bei Ga(N,As) Quantenfilmen wahrscheinlich durch fehlendes Indium verringert wurde. Dadurch könnten sich in Ga(N,As) Schichten eventuell weitere Ansammlungen von Stickstoffatomen bilden, die die optische Qualität verringern. Dies könnte ein Hinweis darauf sein, warum Indium für die Verwendung als aktives Lasermaterial bisher eine Notwendigkeit darstellte. Im weiteren Verlauf wurden optimale Annealingbedingungen sowohl für in-situ Reaktorannealing als auch für zusätzliches Rapid Thermal Annealing (RTA) analysiert. Dabei wurden verschiedene Temperaturen und verschiedene Zusammensetzungen der umgebenden Gasphase untersucht. Es zeigte sich, dass alle Strukturen durch diese Prozesse in ihren Eigenschaften deutlich verschlechtert werden, was auf ein zu langes oder zu intensives Annealing zurückgeführt wurde, da der notwendige Überwachsprozess mit dem p Kontakt bereits einen Annealingschritt darstellt. Zusammenfassend wurde bewiesen, dass die Entwicklung eines Lasers auf Basis von verdünnt stickstoffhaltigen Typ-II Materialien möglich ist, indem zum ersten Mal Laserbetrieb bei Raumtemperatur für ein solches Materialsystem gezeigt wurde.


* Das Dokument ist im Internet frei zugänglich - Hinweise zu den Nutzungsrechten