Untersuchungen zur Epitaxie von AlBGaN-Heterostrukturen für Anwendungen in UV-LEDs

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Ute Kaiser; Professor Dr. Ferdinand Scholz; Professor Dr. Klaus Dieter Thonke
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276524601

Nach der Erschließung des sichtbaren Spektralbereichs mit hocheffizienten Leuchtdioden auf der Basis der Gruppe-III-Nitride zeichnen sich andere Anwendungsfelder in den benachbarten Spektralbereichen ab. Im vorliegenden Projektantrag wollen wir uns speziell dem ultravioletten Spektralbereich (UV-C) widmen, der neben anderen Anwendungen für die Sterilisation bzw. Desinfektion von Luft und Wasser von steigendem Interesse ist. Hierfür sind AlGaN-Heterostrukturen auf AlN-(Quasi)-Substraten erforderlich. Ein wesentliches Problem in solchen Strukturen ist nach wie vor die vergleichsweise hohe Defektdichte, die zum Teil auch durch die recht großen Gitterkonstanten-Unterschiede der Einzelschichten und die sich daraus ergebenden Verspannungen verursacht wird. Wir wollen deshalb untersuchen, wie weit durch die Herstellung von Bor-legierten Schichten diese Problematik reduziert werden kann. Vergleichsweise geringe Mengen Bor von einigen Prozent sollten genügen, um solche Verspannungen deutlich zu reduzieren. Um trotz der recht geringen Löslichkeit von Bor in AlGaN genügend hohe Bor-Konzentrationen zu erzielen, wollen wir vor allem Hochtemperatur-Epitaxie-Prozesse einsetzen und weiterentwickeln, bei denen Temperaturen bis zu 1400°C erreicht werden können. Unsere Forschungsarbeiten sollen klären, ob sich hiermit die Verspannung der Heterostrukturen - speziell solcher mit hohem Al-Anteil - verringern lassen, ohne dass deren kristalline Qualität und Defektdichte verschlechtert wird. Zudem sind zu vielen fundamentalen Eigenschaften dieses Materialsystems wie Bandlücke als Funktion der Komposition, Hetero-Offset, Donator- und Akzeptor-Energien wenige oder recht widersprüchliche Literaturangaben zu finden. Durch Messungen mit gut aufeinander abgestimmter Methodik an eigenen Schichten möchten wir einige dieser Fragen klären. Ausgehend von den vielversprechenden Eigenschaften von hexagonalem BN hinsichtlich p-Dotierung mit Mg wollen wir weiterhin untersuchen, ob hierdurch auch Vorteile bei der p-Dotierung von AlBGaN-Schichten entstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen