Intermediate in der ammonothermalen GaN-Kristallzucht durch Einsatz neuartiger Mineralisatoren und Synthesestrategie für Indiumnitrid

Diese Arbeit befasst sich mit der Isolierung und Charakterisierung von neuen basischen Intermediaten in der ammonothermalen GaN-Kristallzucht, der Erforschung neuer Mineralisatoren sowie der ammonothermalen Kristallzucht von InN.

Die Nitride der Gruppe III sind aufgrund ihrer optoelektronischen Eigenschaften von hohem technischen Interesse. Besonders im Fokus stehen h-GaN und h-InN. Seit der Entwicklung der blauen LED ist h-GaN immer stärker in den Mittelpunkt der Forschung gerückt. Hierbei liegt das Augenmerk besonders auf der Kristallzucht hochwertiger GaN-Einkristalle. Im Bereich der ammonothermalen Synthese steht zudem die Erforschung der Vorgänge und auftretenden transportaktiven Spezies während der Kristallzucht im Fokus. Das Interesse an h-InN begründet sich zum einen in der schweren Zugänglichkeit und zum anderen in den kontrovers diskutierten physikalischen Eigenschaften, besonders der Bandlücke. Zusätzlich lässt sich durch die Variabilität der Zusammensetzung der ternären festen Lösung von GaN mit InN (InxGa1-xN) das komplette Spektrum des sichtbaren Lichts abdecken.

Es konnte gezeigt werden, dass Barium und Strontium als effektive Mineralisatoren in der ammonothermalen GaN-Synthese verwendet werden können. Mit Bariummetall als Mineralisator konnten drei Modifikationen von Ba[Ga(NH2)4]2 erhalten und mittels Röntgenbeugungsmethoden, Raman- und Infrarotspektroskopie charakterisiert werden.

Der Einsatz von MNH2 (M = K, Rb, Cs) als Mineralisatoren führt zu viskosen, stark luftempfindlichen Flüssigkeiten. Kernmagnetische Resonanzspektroskopie (NMR) am System Cs/Ga/NH3 mit verschieden konzentrierten Proben zeigte, dass drei verschiedene Galliumspezies in der Flüssigkeit vorliegen und die Hauptspezies die Zusammensetzung Cs2[Ga2(NH)(NH2)6] besitzt. Weiterhin wurde in-situ Ramanspektroskopie am System Cs/Ga/NH3 durchgeführt, um einen Einblick in die laufende Reaktion zu bekommen und um Aussagen über die Löse- und Abscheidevorgänge treffen zu können.

Einkristallines InN konnte erstmals über die ammononeutrale Route synthetisiert werden. Abhängig von der Maximaltemperatur können hexagonale plättchen- oder stäbchenförmige Kristalle erhalten werden. Durch Optimierung des Temperaturprogramms konnte die Kristallgröße bis auf ca. 5 µm Länge und ca. 2 µm Durchmesser gesteigert werden.