Untersuchung der Elektrolumineszenz von SiGe/Si Heterostrukturen

In dieser Arbeit wurde die Elektrolumineszenz von Si$_{1-x}$Ge$_{x}$/Si-Heterostrukturen untersucht. Dazu wurden pin-Dioden hergestellt, in deren i-Region eine Si$_{1-x}$Ge$_{x}$-Struktur eingebettet ist. Die Dioden wurden in Durchlaßrichtung betrieben, um eine Injektion von Elektronen und Löchern in die i-Region zu erreichen. Ziel war es, Aufschluß über die für die Elektrolumineszenz bedeutsamen Injektions- und Rekombinationsprozesse zu erhalten. Mit dieser Kenntnis sollte die Lumineszenzausbeute maximiert und das Anwendungspotential abgeschätzt werden. Dafür wurden drei verschiedene Si$_{1-x}$Ge$_{x}$/Si-Strukturtypen untersucht. Dies waren Strukturen mit dicken Si$_{1-x}$Ge$_{x}$-Schichten, mit Si$_{1-x}$Ge$_{x}$-Quantentöpfen und mit Si$_{1-x}$Ge$_{x}$-Inseln. Elektrolumineszenz-Studien an Strukturen mit dicken Si$_{1-x}$Ge$_{x}$-Schichten führten zu grundlegenden Erkenntnissen über die Rekombinationsmechanismen in verspanntem Si$_{1-x}$Ge$_{x}$. Die Analyse der Linienform ergab, daß in der Si$_{1-x}$Ge$_{x}$-Schicht bei höherenTemperaturen und Stromdichten keine Exzitonen vorliegen, sondern ein Elektron-Loch-Plasma existiert. Dadurch konnten auch die Löcherkonzentrationen, die während des Betriebs der EL-Dioden in der S$_{1-x}$Ge$_{x}$-Schicht auftreten, ermittelt werden. Es wurde unseres Wissens nach erstmals gezeigt, warum im Gegensatz zu unverspanntem Si und Ge in verspanntem Si$_{1-x}$Ge$_{x}$ keine Kondensation von Elektronen und Löchern in sogenannte Elektron-Loch-Tröpfchen beobachtet werden kann. Der Grund ist hauptsächlich die wesentlich kleinere Zustandsdichte im Valenzband, welche durch die Verspannung verursacht wird. Aus der Stromdichteabhängigkeit der Lumineszenzintensität wurden wichtige Informationen über die verschiedenen Rekombinationsprozesse in der Si$_{1-x}$Ge$_{x}$-Schicht gewonnen. Es zeigte sich, daß die strahlenden Rekombinationen bei niedrigeren Stromdichten hauptsächlich mit nichtstrahlenden Störstellen-Rekombinationen konkurrieren, bei höheren Stromdichten kommen noch nichtstrahlende Auger-Rekombinationen hinzu. In dieser Arbeit wurde der Einfluß der nichtstrahlenden Auger-Rekombination auf die Si$_{1-x}$Ge$_{x}$-Lumineszenz erstmals explizit berücksichtigt. Wie gezeigt wurde, legt die Auger-Rekombination die prinzipielle, intrinsische Obergrenze der Quanteneffizienz in Si$_{1-x}$Ge$_{x}$/Si-Strukturen fest. Mit einem Modell, welches die verschiedenen Rekombinationsraten explizit [...