In dieser Arbeit wird das lokal
aufgelöste Deformationsfeld einzelner (In,Ga)N/GaN Drähte mit Hilfe nanofokussierter
Röntgenbeugung und der Methode der Finiten Elemente untersucht. Hiermit
soll ein Beitrag zum grundlegenden Verständis der optischen Eigenschaften
geleistet werden, die durch das Deformationsfeld maßgeblich beeinflusst werden.
Zunächst wird die Abhängigkeit der vertikalen Normalkomponente, epsilon_zz, des
elastischen Dehnungstensors von der Geometrie eines axialen (In,Ga)N/GaN
Nanodrahtes diskutiert. Dabei wird ein signifikant negativer epsilon_zz-Wert beobachtet,
sobald das Verhältnis von Nanodrahtradius und (In,Ga)N-Segmentlänge gegen
eins strebt. Auffallend große Scherkomponenten und eine konvexe
Verformung der äußeren Oberfläche begleiten das Auftreten des negativen epsilon_zz-
Wertes und sind die Ursache dieses Effekts. Durch eine Ummantelung von GaN-Nanodrähten mit einer (In,Ga)N-Schale
lässt sich die aktive Fläche und somit die potentielle Lichtausbeute pro Fläche
im Vergleich zu planaren Strukturen deutlich erhöhen. Es wurde jedoch festgestellt,
dass das entlang der Drahthöhe emittierte Licht rotverschoben ist. Um
den Ursprung dieses Phänomens zu beleuchten, wird das lokale Deformationsfeld
mit Hilfe nanofokussierter Röntgenbeugung vermessen. Durch die gute
räumliche Auflösung ist es möglich, das Deformationsfeld innerhalb einzelner
Seitenfacetten zu untersuchen, wobei ein deutlicher Gradient festgestellt wird.
Basierend auf dem mit der Methode der Finiten Elemente simulierten Deformationsfeld
und kinematischen Streusimulationen, ist es möglich, den Deformationszustand
in einen In-Gehalt zu übersetzen. Wenn neben dem Deformationsfeld
auch der strukturelle Aufbau in der Simulation berücksichtigt wird, kann der
In-Gehalt mit noch größerer Genauigkeit bestimmt werden. / In this thesis, nanofocus x-ray
diffraction and the finite element method are applied to analyze the local strain
field in (In,Ga)N/GaN nanowires and micro-rods which are discussed as candidates
for a plethora of future optoelectronic applications. However, to improve
and tailor their properties, a fundamental understanding on the level of individual
objects is essential.
In this spirit, the dependence of the vertical normal component, epsilon_zz, of the
elastic strain tensor on the geometry of an axial (In,Ga)N/GaN nanowire is systematically
analyzed using the finite element method. Hereby, it is found that
if the ratio of nanowire radius and (In,Ga)N segment length approaches unity,
a significantly negative epsilon_zz value is observed. This stands in stark contrast to
naive expectations and shows that the common knowledge about planar systems
where epsilon_zz would always be greater or equal zero cannot easily be translated to
nanowires with an equivalent material sequence. As the origin of this effect significant
shear strains are discussed which go along with a convex deformation of
the outer surface resulting in a highly complex strain distribution.
The increased active area of core-shell (In,Ga)N/GaN micro-rods makes them
promising candidates for next-generation light emitting diodes. However, it is
found that the emission wavelength is significantly red-shifted along the rod
height. To shed light on the origin of this phenomenon, nanofocus x-ray diffraction
is applied to analyze the local strain field. Due to the high spatial resolution
it is possible to investigate the strain field within individual side-facets and to
detect a significant gradient along the rod height. Based on the deformation field
simulated using the finite element method and subsequent kinematic scattering
simulations it is possible to translate the strain state into an In content.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:HUMBOLT/oai:edoc.hu-berlin.de:18452/19418 |
| Date | 15 January 2018 |
| Creators | Henkel, Thilo Johannes |
| Contributors | Riechert, Henning, Schröder, Thomas, Schmidbauer, Martin |
| Publisher | Humboldt-Universität zu Berlin |
| Source Sets | Humboldt University of Berlin |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralThesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Rights | (CC BY 3.0 DE) Namensnennung 3.0 Deutschland, http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/de/ |
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