Wachstum und Charakterisierung dünner PTCDA-Filme auf ...

m-plane
a 3
a 1
c-plane
a-plane
a 2
[0001]
3.2. Galliumnitrid
Abb. 3.2.6: Wichtige Flächen der
Wurtzitstruktur [26].
3.2.2. Elektronische Struktur und Dotierung
Wie bereits erwähnt handelt es sich bei GaN um einen Halbleiter mit einer Bandlücke
von Eg ≈ 3.39 eV [50]. Darüber hinaus ist dies eine direkte Bandlücke – anders als
beispielsweise im Falle von Silizium, das eine indirekte Bandlücke aufweist. Bei einer direkten
Bandlücke liegt das Maximum des Valenzbandes im Impulsraum direkt unter dem
Minimum des Leitungsbandes. Somit sind spontane Elektronen-Loch-Rekombinationen
unter Emission von Photonen ohne Impulszufuhr möglich, was entsprechende Materialien
wie z.B. GaAs oder eben GaN so wertvoll für Anwendungen in lichtemittierenden
Bauelementen macht. Im Gegensatz dazu muss bei Halbleitern mit indirekter Bandlücke
ein zusätzlicher Impuls für den Rekombinationsprozess vorhanden sein, beispielsweise
aus Gitterschwingungen (Phononen) oder kristallographischen Defekten.
Zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente auf Basis von GaN muss sowohl die
n-Dotierung als auch die p-Dotierung des Halbleitermaterials realisiert werden. Die n-
Dotierung ist dabei relativ einfach zu realisieren, da nominell undotiertes GaN eine
hohe Konzentration an freien Ladungsträgern aufweist. Diese n-Leitfähigkeit beruht auf
dem Einbau von z.B. Sauerstoff auf Stickstofffehlstellen [59]. Entsprechend lässt sich
der Sauerstoff gezielt zur n-Dotierung einsetzen. Weitere Elemente die häufig zur n-
Dotierung eingesetzt werden sind Selen und Silizium.
Die p-Dotierung von GaN, beispielsweise durch Magnesium, erwies sich lange Zeit als
sehr schwierig, da sich ausschließlich Kristallschichten mit zu geringer Kristallqualität
für die industrielle Nutzung herstellen ließen. Durch die Verwendung von AlN-
Zwischenschichten beim Wachstum gelang es erstmals der Gruppe um Akasaki [60] und
wenig später auch Nakamura et al. [61] mit einem etwas modifizierten Ansatz dieses
Problem zu umgehen. Weitere p-Dotierungsmaterialen sind neben dem Magnesium noch
Kohlenstoff und Beryllium.
37