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Projekt
Abstimmbarer Quanten-Photoleiter für effiziente THz-Schalter (QPL-Schalter)
Fachliche Zuordnung
Hardwaresysteme und -architekturen für die Informationstechnik und die Künstliche Intelligenz, Quantentechnische Systeme
Förderung
Förderung von 2015 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276992184
Photoleitende Halbleiter werden für ultraschnelles optisches Schalten aktiv untersucht. THz-Frequenz-Fotoleiter müssen für eine optimale Effizienz sowohl eine hohe Ladungsträgerbeweglichkeit als auch eine kurze Rekombinationszeit der Ladungsträger aufweisen. Diese beiden Anforderungen lassen sich jedoch nur schwer gleichzeitig optimieren, da kurze Ladungsträgerlebensdauern in Materialien in der Regel eine Art Defekt erfordern, der auch die Ladungsträgerbeweglichkeit beeinträchtigt. Das Ziel des Gemeinschaftsprojekts Quantum Photoconductor (QPC) Switch war es, die Optimierung dieser beiden Parameter durch den geschickten Einsatz von Halbleiter-Heterostrukturen zu entkoppeln, so dass wir den Ladungsträgertransport und die Ladungsträgerrekombination trennen können. Im Rahmen dieser Zusammenarbeit haben wir uns auf die Dotierung von InGaAs/InAlAs-Heterostrukturen mit Übergangsmetallen (TM) konzentriert, die mit InP gitterangepasst sind. Das InGaAs-System ist kompatibel mit Telekom-Frequenz-Lasern für den Antrieb des Schalters. In früheren DFG-Projekten haben wir uns zunächst auf die Verwendung von Fe und Rh konzentriert. Der Einsatz der Molekularstrahlepitaxie für TM-dotierte, photoleitende Halbleiterschalter wurde erstmals im Rahmen dieser Zusammenarbeit demonstriert. Unsere gemeinsame Untersuchung von TM-dotiertem InGaAs hat gezeigt, dass Fe, Rh und Ru als tiefe Akzeptoren in InGaAs wirken. Solche tiefen Niveaus können die natürliche n-Typ-Leitfähigkeit von InGaAs kompensieren, dass durch MBE epitaktisch hergestellt wurde. Wir haben kürzlich gezeigt, dass Rh, wie Fe, bei hohen Konzentrationen Cluster bildet. Solche Fe- oder Rh-Cluster sind keine einfachen Punktdefekte mehr, und der Kompensationseffekt der tiefen Akzeptoren ist gesättigt. Gleichzeitig haben wir festgestellt, dass sich Ru als isolierter tiefer Akzeptor bis zu sehr viel höheren Ru-Konzentrationen einlagert, was vielleicht auf die geringere Oberflächenmobilität während der Epitaxie zurückzuführen ist. Diese Eigenschaft führt zu höheren tiefen Akzeptorkonzentrationen in InGaAs mit Ru als mit den anderen Übergangsmetallen und ermöglicht es uns, den n-Typ Hintergrund in InGaAs mit Ru vollständig zu kompensieren. Die von uns vorgeschlagene Lösung, die wir im Rahmen des vorgeschlagenen Erweiterungsprojekts erforschen möchten, besteht darin, hochkonzentriertes geclustertes Rh oder Fe mit nicht geclustertem Ru zu kombinieren, um gleichzeitig ultrakurze Lebensdauern, hohe Mobilität und niedrige Dunkelträgerkonzentration zu erreichen. Vorläufige Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Kombination von Rh und Ru zu erheblichen Verbesserungen bei ultraschnellen, TM-dotierten Photoleitern für THz-Sender und -Empfänger führen kann. Das Ziel der Projektverlängerung ist es, den dualen Dotierungsansatz eingehend zu untersuchen und das volle Potenzial des TM-dotierten InGaAs-Materialsystems für die Anwendung als THz-Antennen zu nutzen.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
