Schnell modulierbare Nanodraht-LED im blau/grünen Spektralbereich
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Berichtszeitraum ist es gelungen, einen vollständig neuen Epitaxieprozess für Kern-Schalen p-i-n- Nanodraht-LEDs auf Nitrid Basis zu entwickeln. Dies beinhaltet die Etablierung einer Technologie zur selektiven Epitaxie von Metall-polaren Nanodrähten auf Basis eines strukturierten Si-Templates, einschließlich der Erarbeitung eines entsprechenden Wachstumsmodells. Es ist gelungen, homogene Quantenbrunnen auf den nicht-polaren m- Facetten herzustellen. Lokale optische Untersuchungen zeigen im Einklang mit zeitaufgelösten Experimenten und TEM Messungen, dass die Emission der Quantenbrunnen ausschließlich aus den feldfreien m-Facetten stammt. Dies steht im Gegensatz zu Referenzbauelementen auf Saphir, bei welchen eine In-Anhäufung an den Kanten und Spitzen des Nanodrahts zu einer mehr-farbigen, von der Spannung abhängigen Emission führen. Die hoch ortsaufgelöste elektrische Charakterisierung des Kontaktes des GaN Kerns zum n-Si(111) Substrat ergab sehr niedrige Übergangswiderstände bei erstaunlich dicken AlN Zwischenschichten. Aufgrund der erzielten Stromdichten von > 10 µA/cm² sollten die hier entwickelten Nanodraht-LEDs prinzipiell für HF-Anwendungen geeignet sein. Hiermit konnte gezeigt werden, dass die zur Vermeidung des meltback Effekt notwendigen AlN Pufferschicht zwischen dem n-Si Substrat und dem n-GaN Kern keine Begrenzung darstellt und bei richtiger Ausführung eine geeignete Methode zur Kontaktierung von GaN NW LEDs auf leitfähigem Si-Substrat darstellt. Als bisher nicht gelöste Herausforderung hat sich eine HF-taugliche Kontaktierung der p-Hülle im kompletten Array erwiesen, die ein Erreichen einer Grenzfrequenz von 2 GHz für die LED unterbunden hat. Elektrooptische Untersuchungen an Referenz-Nanodraht-LEDs auf Saphirsubstraten demonstrierten, dass - neben Kurzschlussströmen - Tunneleffekte eine mögliche Limitierung der externen Quanteneffizienz im Niederinjektionsbereich solcher Bauelemente darstellen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Low injection losses in InGaN/GaN LEDs: The correlation of photoluminescence, electroluminescence, and photocurrent measurements. Journal of Applied Physics, 123(21), 214502.
Quitsch, Wolf-Alexander; Sager, Daniel; Loewenich, Moritz; Meyer, Tobias; Hahn, Berthold & Bacher, Gerd
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Polarity‐ and Site‐Controlled Metal Organic Vapor Phase Epitaxy of 3D‐GaN on Si(111). physica status solidi (b), 255(5).
Blumberg, Christian; Grosse, Simon; Weimann, Nils; Tegude, Franz‐Josef & Prost, Werner
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Mask-less MOVPE of arrayed n-GaN nanowires on site- and polarity-controlled AlN/Si templates. CrystEngComm, 21(48), 7476-7488.
Blumberg, C.; Wefers, F.; Tegude, F.-J.; Weimann, N. & Prost, W.
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Site- and polarity-controlled GaN nanowires on silicon for high-speed LEDs, Nanowire Week Sep. 25-27, 2019, Pisa, Italien.
C. Blumberg, F. Wefers, J. Meier, N. Weimann, G. Bacher & W. Prost
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Site- and polarity-controlled GaN NW on Silicon for high-speed LEDs, PDI Topical Workshop Epitaxial III-Nitride Semiconductor Nanowires, Berlin, Germany, June 6-7, 2019.
C. Blumberg, F. Wefers, J. Meier, N. Weimann, G. Bacher & W. Prost
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Site- and polarity-controlled MOVPE of InGaN/GaN nanowires for high-speed LEDs on silicon substrates, International Conference on Nitride Semiconductors, July 7-12, 2019, Bellevue, Washington, USA
C. Blumberg, F. Wefers, J. Meier, N. Weimann, G. Bacher & W. Prost
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A systematic study of Ga- and N-polar GaN nanowire–shell growth by metal organic vapor phase epitaxy. CrystEngComm, 22(33), 5522-5532.
Blumberg, Christian; Häuser, Patrick; Wefers, Fabian; Jansen, Dennis; Tegude, Franz-Josef; Weimann, Nils & Prost, Werner
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Spatially controlled VLS epitaxy of gallium arsenide nanowires on gallium nitride layers. CrystEngComm, 22(7), 1239-1250.
Blumberg, C.; Liborius, L.; Ackermann, J.; Tegude, F.-J.; Poloczek, A.; Prost, W. & Weimann, N.
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On-chip 3D confocal optical study of an InGaN/GaN microrod LED in the low excitation regime. Journal of Applied Physics, 130(2).
Meier, Johanna; Kahl, Julius; Avramescu, Adrian; Strassburg, Martin & Bacher, Gerd
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Polarity-controlled AlN/Si templates by in situ oxide desorption for variably arrayed MOVPE-GaN nanowires. Journal of Crystal Growth, 566-567, 126162.
Häuser, Patrick; Blumberg, Christian; Liborius, Lisa; Prost, Werner & Weimann, Nils
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Improving the AlN transfer resistance by ex situ annealing for GaN on Silicon nanowire devices, Nanowire Week, Chamonix, April 25-29, 2022.
P. Häuser, C. Blumberg, J. Koch, T. Hannappel, N. Weimann & W. Prost
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On-chip 3D confocal optical study of an InGaN/GaN microrod LEDs, SPIE Photonics West, San Francisco, USA, January 22 – 27, 2022.
J. Meier, J. Kahl, A. Avramescu, M. Strassburg & G. Bacher
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Progress and Challenges of InGaN/GaN-Based Core–Shell Microrod LEDs. Materials, 15(5), 1626.
Meier, Johanna & Bacher, Gerd
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TEM Analysis of the Si(111)- AlN-GaN Nanowire Interface grown by Polarity- and Site-Controlled Growth, International Workshop on Nitrides, Berlin, Oct. 10-14, 2022.
P. Häuser, C. Blumberg, W. Prost, M. Bartsch, A. Lorke & N. Weimann
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Local optical analysis of InGaN/GaN nanorod LED structures grown on Si(111). Journal of Applied Physics, 134(4).
Meier, Johanna; Häuser, Patrick; Blumberg, Christian; Smola, Tim; Prost, Werner; Weimann, Nils & Bacher, Gerd
