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Projekt
Einfluss von B und N isovalenten Störstellen auf den Elektronentransport in GaAs und GaP-basierten Mischkristallen für Silicium-Photonik und Photovoltaik
Antragsteller
Professor Dr. Peter J. Klar
Fachliche Zuordnung
Experimentelle Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung von 2014 bis 2018
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 259237104
Der Einbau der isovalenten Störstellen Bor und Stickstoff in GaAs, GaP und entsprechende Mischkristalle mit Indium stellt den einzigen Weg dar, diese III-V Halbleiter monolithisch auf Silicium-Substraten mit hoher Qualität abzuscheiden, was einen wesentlichen Schritt in Richtung Silicium-Photonik, also Integration von III-V Optoelektronik und Siliciumelektronik auf demselben Substrat, darstellt. Allerdings führt das Einbringen dieser Störstellen nicht nur zur Reduktion der mittleren Gitterkonstante der Mischkristalle, was essentiell für die Gitteranpassung auf Silicium ist, sondern induziert auch in der Nähe der Leitungsbandkante sogenannte lokalisierte N- und B-Zustände, die als Ladungsträgerfallen und Streuzentren negativ auf den Elektronentransport wirken. Da solche Mischkristalle in den n-dotierten Kontaktregionen von Silicium-photonischen Bauelementen eingesetzt werden sollen, muss der Einfluss dieser intrinsischen Effekte auf den Elektronentransport untersucht und verstanden werden, um mit diesem Ansatz erfolgreich Silicium-photonische Bauelemente herstellen zu können. Hinzu kommen die Polaritätsunterschiede zwischen Si und den III-V Halbleitern, die zu Raumladungen an der Grenzfläche, ungewollter Dotierung beiderseits der Grenzfläche und Antiphasengrenzen führen, was sowohl den Ladungsträgertransport durch die Grenzfläche selbst, als auch extrinsisch den in der N- oder B-haltigen III-V Kontaktschicht beeinflusst. In diesem Antrag wird vorgeschlagen, eine umfassende Untersuchung des Elektronentransports mittels Magnetotransportmessungen unter hydrostatischen Druck bis 1,5 GPa im Temperaturbereich von 1,5 bis 300 K und vertikalen Transportmessungen durchzuführen. Vier Mischkristallsysteme (nämlich Ga(N,As), (B,Ga)As, Ga(N,P), (B,Ga)P) auf III-V- und teilweise auch auf Si-Substraten gewachsen, die sich entweder in ihrer Leitungsbandstruktur oder im Charakter der isovalenten Störstelle unterscheiden, werden untersucht und verglichen werden. State-of-the-art Halbleiterschichten werden von externen Partnern zur Verfügung gestellt. Die Interpretation der experimentellen Ergebnisse erfolgt in enger und etablierter Zusammenarbeit mit führenden theoretischen Gruppen in diesem Forschungsfeld.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
Internationaler Bezug
Irland, USA
