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Silizium ist das derzeit am weitesten verbreitete Material zur Herstellung von Solarzellen. Es besteht ein großes Interesse an der Charakterisierung dieses Ausgangsmaterials bezüglich der Qualität und insbesondere von Verunreinigungen bereits vor der Prozessierung der Zellen. Dafür ist ein breites Spektrum an Untersuchungsmethoden bekannt, wobei mit jeder Methode auf verschiedene Parameter des zu untersuchenden Materials geschlossen werden kann. Eine dieser Methoden ist die temperaturabhängige Bestimmung des Hall-Koeffizienten. Dieser ermöglicht bei nicht entarteten Halbleitern Rückschlüsse auf die Ladungsträgerkonzentration. Aus dem Verlauf der Ladungsträgerkonzentration über der Temperatur kann auf die Dotierung und auf die Kompensation geschlossen werden. Weiterhin ist es möglich, die Aktivierungsenergie der Majoritätsladungsträger zu bestimmen. Andererseits ist es möglich, die Ladungsträgerdichte in einem Halbleiter für jede Temperatur zu berechnen. Grundlage hierfür ist das Modell der Bewegung der Ladungsträger mit effektiven Massen in den Bändern der Halbleiter (Effektive Massentheorie). Mit dieser bekannten Ladungsträgerdichte kann der zu erwartende Hall-Koeffizient berechnet werden. Diese Arbeit fasst die theoretischen Grundlagen zur Behandlung flacher Störstellen in nicht entartetem Silizium zusammen und stellt einen Algorithmus vor, wie die temperaturabhängige Ladungsträgerkonzentration berechnet werden kann. Es wird weiterhin gezeigt, wie diese theoretischen Zusammenhänge in der Auswertung experimenteller Daten genutzt werden können.

Substanzielle Effizienzsteigerungen sind bei Polymer-Solarzellen in erster Linie mit Hilfe von neuen Materialien möglich. Das Ziel dieser Arbeit war daher die Untersuchung neuer Materialien für die Aktivschicht der Polymer-Solarzellen. Eine ausführliche Optimierung des P3HT:PCBM-Materialsystems [Poly(3-hexylthiophen):Phenyl-[6,6]-C61-butansäuremethylester] wurde zuerst durchgeführt und ermöglichte es darauf, sich neuen Materialsystemen zuzuwenden. Um neue Materialien zukünftig maßgeschneidert für die Verwendung in Polymer Solarzellen entwickeln zu können, wurde eine Vielzahl ähnlicher Fulleren-Derivate untersucht, um letztlich eine Korrelation zwischen den chemischer Struktur und den Solarzellparametern zu finden. - Die Untersuchung neuer Fullerenderivate als Elektronenakzeptoren in Polymer-Solarzellen offenbarte einen Zusammenhang zwischen der Löslichkeit von Fulleren-Molekülen mit der Kurzschlussstromdichte der Solarzellen. Maßgeblich hierbei war die aus der Löslichkeit resultierende Aggregation der Fulleren-Moleküle in Gemischfilmen. Es konnte klar gezeigt werden, dass für eine nanoskalige Phasenseparation und eine Kurzschlussstromdichte größer 8 mA/cm2 in Gemischen mit P3HT, eine minimale Löslichkeit von ca. 25 mg/ml in Chlorbenzol nötig ist. - Neben P3HT [Poly(3-hexylthiophen)] wurde ein weiteres Donator-Polymer (PS51) untersucht, das durch Temperung kristalline Domänen bildet. Für das Polymer PS51 wurde ebenso eine deutliche Korrelation zwischen Tempertemperatur, Polymer-Kristallinität und Solarzellen Effizienz gefunden.

Die komplexe dielektrische Funktion von kubischen InN wurde mit Hilfe der Spektralellipsometrie vom mittleren infraroten bis in den sichtbaren Spektralbereich ermittelt. Die Schichten wurden anhand Molekularstrahlepitaxie auf c-GaN/3C-SiC Pseudosubstrate abgeschieden. Die hohe Elektronenkonzentration von über 10^19cm-3, berechnet aus der Plasmafrequenz, verursacht einen ausgeprägten Burstein-Moss-Shift an der Bandlücke. Bezieht man Nicht-Parabolizität und die Befüllung des Leitungsbandes in die Auswertung mit ein, ergeben sich renormalisierte Bandkanten zwischen 0,43 und 0,455eV. - Einschliesslich der ladungsträgerabhängigen Bandlücken-renormierung kann eine intrinsische Bandlücke von ˜0.595eV für kubisches InN gefunden werden, welches 85meV geringer als das für hexagonales InN ist. Werte für effektive Elektronenmasse, statische und hochfrequente Dielektrizitätskonstante sind ebenfalls mit angegeben.

Inhalt dieser Arbeit ist die Untersuchung des Einflusses anisotroper Verspannung auf die optischen Eigenschaften von GaN- und ZnO-Schichten. Die Methoden der Photolumineszenz (PL) und Photoreflexion (PR) wurden zunächst zur Bestimmung der Exzitonenübergangsenergien und Oszillatorstärken von GaN-Schichten auf c-orientierten Substraten benutzt. Durch Wachstum auf verschiedenen Substrat-Materialien konnten kompressiv sowie tensil verspannte Schichten betrachtet werden. Als Referenz für unverspanntes Material diente eine freistehende GaN-Probe. Mittels kp-Theorie wurde der Einfluss von Verspannungen auf die optischen Eigenschaften in hexagonalen Kristallsystemen berechnet und dargestellt. Anschließend wurden die Ergebnisse für Rechnung und Messung für verschiedene Temperaturen miteinander verglichen, was eine äußerst gute Übereinstimmung ergab. Abweichungen von der Rechnung entstehen durch fehlerbehaftete Bestimmung des Verspannungszustandes sowie abweichende Materialparameter. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit lag darin, die Anisotropie in der Wachstumsebene der entsprechenden Proben zu untersuchen. Hierzu wurden polarisationsabhängige PR-Messungen durchgeführt. Die Polarisation des Messlicht konnte durch einen Polarisationsfilter im Messaufbau geändert werden. Zunächst wurden die Proben auf c-orientierten Substraten sowie die unverspannte Referenz-Probe betrachtet. Hierbei wurden keinerlei optische Anisotropien zwischen den beiden Polarisationsrichtungen in den PR-Messungen festgestellt. Dies lässt darauf schließen, dass es keine Verspannungsunterschiede in der Wachstumsebene der Schichten gibt. Der größte Abschnitt der Arbeit widmet sich der Charakterisierung von GaN-Schichten auf nichtpolaren a-orientierten Substratoberflächen. Hier wurden zunächst wieder temperaturabhängige PL-Messungen zur Bestimmung der Exzitonenübergangsenergien durchgeführt. Anschließende polarisationsabhängige PR-Messungen zeigten eine ganz klare optische Anisotropie im Bereich der Exzitonenübergänge. Dies deutet auf eine in der Wachstumsebene biaxial anisotrop verspannte Schichte hin, was mittels Röntgenbeugung (XRD) und Reflexions-Anisotropie-Spektroskopie (RAS) bestätigt wurde. Der Unterschied in den Verspannungen entsteht durch unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten des Substrates senkrecht und parallel zur optischen Achse. Der Einfluss biaxial anisotroper Verspannungen wurde auch theoretisch beschrieben und dargestellt. Die Untersuchung der optischen Anisotropie in der Wachstumsebene wurde auch an ZnO-Schichten durchgeführt. Bei ZnO-Proben auf c-orientierten Substraten erhält man die gleichen Resultate wie bei GaN. Es gibt keinerlei Anisotropien in den optischen Signalen. Bei ZnO auf nichtpolaren a-orientierten Substraten ergeben die Messungen eine wesentlich kleinere Anisotropie als bei GaN-Schichten. Dies zeigen sowohl polarisationsabhängige PR-Messungen als auch XRD und RAS.

In der vorliegenden Arbeit wurden die optischen Eigenschaften von GaN- und GaN/AlGaN/GaN-HEMT-Strukturen mit Ga-Polarität untersucht. Einen Schwerpunkt bildete die Charakterisierung der Proben durch Photoreflexion (PR), Photolumineszenz (PL) und Elektroreflexion (ER) und spektrale Ellipsometrie (SE). Als Referenz diente eine unverspannte GaN-Probe, die mit PL und PR zur Bestimmung der Exzitonenübergangsenergien untersucht wurde. Die Methode der Photoreflexion und Photolumineszenz wurden benutzt, um die Übergangsenergien der freien A- und B-Exzitonen der GaN-Proben zu ermitteln. Messungen von T=5K bis zur Raumtemperatur wurden durchgeführt, um eine Aussage zur Verspannung der GaN-Proben zu treffen. - Mittels Ellipsometriemessungen an den GaN-Proben und den Heterostrukturen wurden die Schichtdicken der einzelnen Proben bestimmt. Dabei wurde eine zunächst unbekannte Struktur an GaN/AlGaN/GaN-Proben bei ca. 3,72eV festgestellt. Anschließende temperaturabhängige Photostrom- und ER-Messungen dienten zur Klärung der Ursache des Signals. Als Konsequenz aus diesen Experimenten ergibt sich, dass beim Wachstum der abschließenden Deckschicht kein reines GaN entsteht, sondern eine dünne AlGaN-Schicht mit einem Al-Gehalt im Bereich von 15\%. - An den AlGaN/GaN-Strukturen wurden PL-Experimente im Temperaturbereich von 5K bis 295K durchgeführt um ebenfalls die drei charakteristischen Exzitonen vom GaN zu bestimmen. Mittels eines Vergleichs der Ergebnisse aus den PL- und PR-Experimenten im Bereich des GaN mit der HVPE-Probe konnten quantitative Aussagen über den Verspannungszustand der Proben abhängig von der Temperatur gemacht werden. - Aus den ER-Daten an den HEMT-Strukturen wurden die Franz-Keldysh-Oszillationen (FKO) zur genauen Bestimmung der internen elektrischen Felder in der Barriere analysiert. Daraus erhält man die 2DEG-Dichten in Abhängigkeit von der äußeren Gleichspannung. Messungen der ER-Spektren bei 5K, 80K und 295K beweisen die Unabhängigkeit der Verarmungsfeldstärke des 2DEG von der Temperatur. Die temperaturunabhängigen Polarisationsgradienten an der AlGaN/GaN-Grenzfläche wurden aus dem Experiment mit Hilfe der Feldstärke im Bereich der Verarmung des Elektronengases bestimmt. Der Vergleich dieser Ergebnisse mit experimentellen Werten aus Röntgenmessungen, die den Al-Gehalt und die Gitterkonstanten der Proben liefern, zeigt leichte Abweichungen. Die Ursache dieser fehlenden Übereinstimmung liegt möglicherweise in einem falsch verwendeten Bowing-Parameter aus der Literatur.