Grundlegende Eigenschaften nicht-polarer Oberflächen von ternären Gruppe-III-Nitrid-Verbindungshalbleitern

• Antragsteller: Professor Dr. Mario Dähne, seit 5/2021; Privatdozent Dr. Philipp Georg Ebert
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398305088

Die Entwicklung neuartiger Halbleiterbauelemente auf Basis von Wurtzit-Struktur Gruppe-III-Nitriden kann nicht ausschließlich mit den binären Verbindungen GaN, AlN und InN realisiert werden, da nur die ternären (Al,Ga,In)N Verbindungen die Möglichkeit eröffnen, die gewünschten elektronischen und opto-elektronischen Eigenschaften einzustellen. Um die Bauelementeigenschaften in einem Bottom-Up-Prozess zu gestalten, ist ein detailliertes mikroskopisches und spektroskopische Verständnis der fundamentalen Eigenschaften und der Physik von ternären Gruppe-III-Nitrid-Halbleitermaterialien notwendig. Der direkte experimentelle Zugang zu diesen Eigenschaften ist jedoch ein kompliziertes Unterfangen, da nur oberflächensensitive Messungen solche mikroskopischen und spektroskopischen Informationen mit ausreichender Auflösung bereitstellen und Volumeneigenschaften sich typischerweise hinter nicht-stöchiometrischen Schichten an polaren Oberfläche von Gruppe-III-Nitriden verstecken. Dies kann durch die Untersuchung von nicht-polaren Oberflächen umgangen werden, was eine Untersuchung von beidem, den Volumen- und den Oberflächeneigenschaften erlaubt. Darüber hinaus sind die nicht-polaren Oberflächen technologisch relevant für Nanodrähte in Wurtzit-Struktur. Somit beabsichtigen wir die grundlegenden Eigenschaften von nicht-polaren Oberflächen der ternären Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter zu untersuchen. Dabei sind die Ziele de Projekts die Bestimmung (i) der intrinsischen Oberflächenzustände, ihre räumliche Lokalisierung und ihre Energieniveaus sowie die Oberflächenbandlücken, (ii) des physikalischen Ursprung des Pinnings des Fermi-Niveaus und (iii) der Elektronen-Akkumulationseffekte, (iv) der Elektronenaffinität der verschiedenen Verbindungen, (v) des Einflusses der Gitterverspannung und (vi) der Dotierung auf die grundlegenden Eigenschaften, sowie die Durchführung (vii) einer mikroskopische und spektroskopische Untersuchung der ternären Legierungen durchzuführen, um Materialanhäufungen, -fluktuationen, Ordnung und wachstumsabhängige Effekte zu bestimmen und schließlich (viii) die Analyse von Defekten, wie Versetzungen, Stufen, und deren extrinsische Zustände. Mit einem solchen mikroskopischen, Verständnis kann das Design von elektronischen und opto-elektronischen Bauelementen deutlich effizienter werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Holger Eisele, bis 5/2021