Analyse des Ladungstransports in radialen und axialen ladungstrennenden Kontakten aus III/V Halbleiter-Nanodrähten

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Hannappel; Dr.-Ing. Werner Prost
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428769263

Vielfältige Nanodraht-Bauelemente sind heute im Labormuster verfügbar. Insbesondere solche aus Verbindungshalbleitern haben durch die Kombination von Heterostrukturen und Nanodrahttopologien das optoelektronische Leistungsspektrum erheblich erweitert. Jedoch bleibt die Summe der Leistungsmerkmale erheblich hinter den Erwartungen zurück und behindert entscheidend eine industrielle Umsetzung. Dies gilt z.B. für die Fähigkeit, Licht mit hoher Effizienz zur Erzeugung von Ladungsströmen zu konvertieren oder elektrisch gepumpte Lichtemitter oder LASER zu fertigen. Die bisherige Nanodraht-Forschung hat dabei die wissenschaftliche Erkundung grundlegender Einschränkungen vernachlässigt. Es sind nicht nur quantitative, sondern erhebliche qualitative Verbesserungen erforderlich, um durch neuartige Nanodraht-Bauelemente neue Märkte zu eröffnen oder gar etablierte, auf planaren Schichtstrukturen beruhende Halbleiter-Bauelemente in bestehenden Märkten abzulösen. Dieses Projekt widmet sich den inhärenten Einschränkungen bei der Wechselwirkung zwischen Licht und Nanodraht wie z.B. Licht-Strom-Konversion in radialen sowie in axialen Heterokontakten.Das Projekt zielt auf die Identifikation und Lokalisierung der Ursachen für die Begrenzung der optoelektronischen Leistungsdaten. Das Arbeitsprogramm sieht eine intensive Korrelation von makroskopischen Bauelementdaten mit räumlich sehr hoch aufgelösten Mikroskopiedaten vor. Die Bauelemente besitzen axiale und koaxiale Nanodraht-Homo- und -Heterokontakte zur Ladungstrennung, bestehend aus GaAs- und InGaP-basierten pn-Kontakten, die mittels MOVPE hergestellt werden. Der Zusammenhang zwischen Grenzflächenformationen und Rekombinationspfaden soll durch eine Kombination von in-system Vier-Spitzen-Messungen, Rastersonden-Mikroskopie und optischen Methoden ermittelt werden. Dabei erfolgt eine lokale Erfassung der Strom-Spannungskennlinien an aufrecht stehenden axialen versus radialen Nanodrahtstrukturen sowie auch hochauflösende Rastertunnelmikroskopie. Die Untersuchung der optoelektronischen Eigenschaften erfolgt mit einem Streak-Kamera-System. Die messtechnische Erfassung und Lokalisierung stößt in Nanobauelementen inhärent auf Limitierungen, die daher mit Hilfe des Simulations-Softwarepakets Silvaco Atlas für eine physikalische Modellierung bearbeitet werden. Die Leistungsdaten bei der Ermittlung von Konversionseffizienzen werden unter Berücksichtigung der Generations- und Rekombinationsmechanismen sowie des Minoritäten- und Tunnel-Transportes über die Homo- und Hetero-Übergänge ermittelt.Das Projektziel ist die Erfassung des qualitativen und quantitativen Zusammenhangs zwischen Nanodrahtwachstum, Bauelementdesign, Grenzflächenformation und Oberflächenpassivierung im Hinblick auf die Qualität von ladungstrennenden pn-Übergängen im Nanodraht. Hieraus sollen Konzepte vorgestellt und erprobt werden, die eine deutliche Steigerung der optoelektronischen Leistungsmerkmale bei der Licht-Nanodraht-Wechselwirkung ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen