Korrelationsmethoden für hoch dynamische Zeitauflösung in der Foto- und Kathodolumineszenz

Abstract

Das von Thomas Baier in die Abteilung Halbleiterphysik eingeführte Kreuzkorrelationsverfahren konnte mit der Auswertung einer der Autokorrelationsfunktionen um einen zusätzlichen Test auf Selbstkonsistenz erweitert werden. Zusätzlich wurde das Korrelationsverfahren erstmals mit echt zufälligen statt pseudozufälligen Bitfolgen erweitert, mittels Fast-Fourier-Transformation erheblich beschleunigt und durch zusätzliche Rausch- und Untergrund-Reduktion weiter optimiert. Weiterhin wurde erstmals untersucht, unter welchen Umständen es bezüglich des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses dem konventionellen Einzelpuls-Verfahren überlegen ist und welche Takt-Frequenz dafür optimal ist. Die mit dieser Arbeit erstmals durchgeführten zeitaufgelösten Foto- und Kathodolumineszenz-Messungen der gelben Lumineszenz des Galliumnitrids und der violetten Lumineszenz des Aluminiumnitrids ergaben in beiden Fällen ein algebraisches Abklingen der Lumineszenz-Bande, das für Donator-Akzeptor-Paar-Übergänge charakteristisch ist. Die mit dieser Arbeit erstmals durchgeführten zeitaufgelösten Kathodolumineszenzmessungen an AlN ergaben ähnliche Werte wie bei der Fotolumineszenz, die aber wegen der mit Pumpenöl kontaminierten Apparaturen stark streuen. An der gelben Lumineszenz-Bande von synthetischem Diamant konnte ebenfalls ein für Donator-Akzeptor-Paar-Übergänge charakteristisches algebraisches Abklingen gemessen werden. Das Abklingen der Lumineszenz von verspannten Quantumwells in piezoelektrischem Material (GaN) entspricht weit gehend dem Modell, wonach sich die Elektronen und Löcher an den beiden Grenzflächen des Quantumwells ansammeln und trotz des trennenden elektrischen Feldes im Quantumwell durch Tunneln rekombinieren. Die Fotostrom-Messungen an GaN bestätigen das Modell, nach dem der Fotostrom durch die Verringerung einer oberflächengebundenen Raumladungszone entsteht; wie diese Arbeit erstmals nachweist, ist das Ansteigen des Fotostroms mit diesem Modell allein nicht ausreichend beschreibbar. An dünnen Aluminiumnitrid- und Zinkoxid-Proben auf leitfähigem Substrat konnte mit einer großflächigen, leitfähigen und durchsichtigen Beschichtung (ITO) trotz der Hochohmigkeit der Proben zwar ein Fotostrom gemessen werden, aber die Werte streuten so stark, dass sie wenig aussagekräftig sind, weil die mit dieser Arbeit erstmals bei diesen Halbleitern angewendete Kontaktierungsmethode bisher nur ohne Reinraum-Bedingungen, Schutzschicht, Schutzatmosphäre und Ultrahochvakuum angewendet werden konnte.