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Dissertation

Autor(en): Pranob Misra
Titel: Optical polarization anisotrop in nonpolar GaN thin films due to crystal symmetry and anisotropic strain
Gutachter: Elias Munoz; Klaus H. Ploog; Oliver Benson
Erscheinungsdatum: 14.02.2006
Volltext: pdf (urn:nbn:de:kobv:11-10059730)
Fachgebiet(e): Physik
Schlagwörter (ger): Galliumnitrid, Nichtpolare Flächen von GaN, Bandstrukturberechnungen, Dünne Filme, Optische Eigenschaften, Polarisationsanisotropie
Schlagwörter (eng): gallium nitride, nonpolar planes of GaN, thin films, band-structure calculations, optical properties, polarization anisotropy
Einrichtung: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
Zitationshinweis: Misra, Pranob: Optical polarization anisotrop in nonpolar GaN thin films due to crystal symmetry and anisotropic strain; Dissertation, Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I , publiziert am 14.02.2006, urn:nbn:de:kobv:11-10059730
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Abstract (ger):
Diese Arbeit befasst sich mit den optischen Eigenschaften von dünnen GaN-Schichten gewachsen in verschiedenen Orientierungen. Hierbei werden die optischen Eigenschaften von verspannten M- und A-plane sowie unverspannten C-plane GaN-Schichten untersucht und die Ergebnisse im Rahmen von Bandstrukturberechnungen diskutiert. Im Rahmen dieser Arbeit werden die Bandstrukturverschiebungen theoretisch mittels eines k.p-Näherungsansatzes untersucht. Diese Bandverschiebungen beeinflussen sowohl die Übergangsenergien als auch die Oszillatorstärken. Man findet, dass die C-plane Schicht im Falle einer isotropen Verspannung in der Filmebene keine Anisotropie der optischen Polarisation zeigt. In beiden Fällen zeigen die drei Übergänge von den drei oberen Valenzbändern in das untere Leitungsband andere Polarisationseigenschaften als die entsprechenden Übergänge in C-plane GaN-Schichten. Es wird beobachtet, dass für einen bestimmten Wertebereich der Verspannung in der Filmebene diese Übergänge nahezu vollständig x-,z- bzw. y-artig polarisiert sind. Die verwendeten Schichten wurden auch mittels Transmissionspektroskopie untersucht. Im Falle der M-plane GaN-Schichten können zwei fundamentale Übergänge identifiziert werden, wobei der elektrische Feldvektor E des einfallenden Lichtes einmal parallel (z-Polarisation) und einmal senkrecht (x-Polarisation) auf der c-Achse steht. Die M-plane GaN-Schicht besitzt unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten für z-Polarisation und x-Polarisation, welche zu zusätzlichem Dichroismus und Doppelbrechung führen. Als Resultat findet eine Filterung der Polarisation für einfallendes, linear polarisiertes Licht statt. Die elektrische Feldkomponente mit x-Polarisation wird stärker absorbiert als die Komponente mit z-Polarisation. Diese Polarisationsfilterung äußert sich für schmalbandiges Licht in Form einer Drehung der Polarisationsebene in Richtung der c-Achse, wobei ein maximaler Rotationswinkel von 40 Grad gefunden wurde.
Abstract (eng):
In this work, we focus on the optical response of GaN thin films grown along various orientations. The optical properties of strained M- and A- and unstrained C-plane GaN thin films are investigated, and the results are explained with help of band-structure calculations. We calculate the strain-induced band-structure modification using the k.p perturbation approach. The valence-band (VB) states are modified affecting both the transition energies as well as the oscillator strengths. We observe that C-plane GaN does not show any in-plane polarization anisotropy, when an isotropic in-plane strain is applied. For the case of M- and A-plane GaN, one expects to see an in-plane polarization anisotropy even for the unstrained case. Additionally, the in-plane strain significantly changes the band structure and the symmetry of the VB states. The three transitions, involving electrons in the conduction band (CB) and holes in the top three VBs, will exhibit a very different polarization characteristic than the ones for C-plane GaN. These transitions are predominantly x, z, and y polarized, respectively, for a certain range of in-plane strain values, present in our samples. For M-plane GaN thin films, two fundamental transitions can be identified, which occur when the electric field vector E is perpendicular (x-polarization) and parallel c (z-polarization). These transitions give rise to a transmittance spectrum separated by 50 meV at room temperature with respect to each other. This result in a polarization filtering of an incident linearly polarized light beam after transmission, because the electric field component with x-polarization is more strongly absorbed than with z-polarization. This filtering manifests as a rotation of the polarization vector toward the c axis and can be as large as 40 degrees for an initial angle of 60 degrees, for our samples.
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Generiert am 02.09.2014, 11:25:27