Metall-organische Gasphasenepitaxie von (Al-In)GaN-Halbleiterlaserdioden im Wellenlängenbereich von 440nm bis 500nm

Im Rahmen dieser Arbeit, deren praktischer Teil überwiegend bei der Osram Opto Semiconductors GmbH durchgeführt wurde, wurden ausgehend von 440nm Laserdioden langwellige InGaN-basierte Laserdioden bis 500nm entwickelt. Um die optische Wellenführung zu optimieren und Verluste zu vermeiden fanden daher zunächst theoretische Berechnungen basierend auf den Brechungsindexkontrasten statt. Zusätzlich wurden Relaxationsmechanismen von quasi-bulk-Schichten untersucht, um Lösungsansätze zu finden, wie die optische Wellenführung mit defektarmen Schichten realisiert werden kann. Des Weiteren konnten durch eine Untersuchung des Wachstumsmechanismus von dünnen hoch Indium-reichen Quantenfilmen die Degradationsprozesse stark reduziert werden. Die vorliegende Arbeit gliedert sich deshalb in einen Grundlagen-Teil in Kapitel 2, in welchem die wichtigsten Eigenschaften des III-Nitrid-Materialsystem zusammengefasst und die verwendeten Charakterisierungsmethoden vorgestellt werden. Im Kapitel 3 wird der Aufbau von Laserdioden erläutert und darauf aufbauend die Eigenschaften von Laserdioden. Des Weiteren wird die Wellenlängenabhängigkeit der optischen Wellenführung an Hand von Simulationen im Vergleich zu experimentellen Ergebnissen diskutiert. Daraus werden notwendige Änderungen des vertikalen Schichtaufbaus für Laserdioden mit Laser-Wellenlängen im Bereich von 480 bis 500nm abgeleitet. Anschließend an die Diskussion der Wellenführung für langwellige Laserdioden, werden im Kapitel 4 die Limitierungen einer optimierten Wellenführung von materialspezifischer Seite diskutiert. Im Besonderen wird die steigende Verspannung in der Epitaxie- Struktur durch Variationen von quasi-bulk-Schichten analysiert. Die Änderung der Eigenschaften der lichtemittiernden Quantenfilme mit steigendem Indium-Gehalt wird in Kapitel 5 dargestellt. Dabei wird zunächst der Einfluss des Barrieren- und Quantenfilmdesigns auf die Kristallqualität der Quantenfilme diskutiert. Anschließend werden die Änderung der piezoelektrischen Felder und der Ladungsträgerinjektion mit steigendem Indium-Gehalt aufgezeigt. Bestätigt werden diese Ergebnisse durch die Auswertung von Laserergebnissen mit Laser-Wellenlängen im Bereich von 470 bis 500nm. Im Kapitel 6 werden abschließend die Ergebnisse dieser Arbeit im internationalen Vergleich und mit alternativen Entwicklungsansätzen verglichen.