In-situ-Studien der plastischen Relaxation von InGaN-Schichten zur Verwendung als Substrate für die Überwindung von Begrenzungen des In Einbaus in In-reichen epitaktischen Nitrid Schichten.

• Antragsteller: Dr. Tobias Schulz
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465219948

Leuchtdioden (LED) auf Basis des InGaN-Materialsystems finden sich in weiten Bereichen unseres täglichen Lebens, z. B. in der Displaybeleuchtung, der Automobilbeleuchtung oder der Allgemeinbeleuchtung. Zentrale Komponente einer solchen LED ist der Bereich, in dem ein elektrischer Strom in Lichtemission umgewandelt wird. Dies geschieht in einem sehr dünnen (2-3 nm) dicken InxGa1-xN-Film, der als Quantentopf bezeichnet wird. Theoretisch sollte die Emissionswellenlänge dieses Quantentopfes durch Variation der Zusammensetzung x zwischen 00,3 begrenzt. Dieses Problem erhöht den Stromverbrauch und schränkt allgemein die LED-Design-Strategien ein, wodurch ein großes Potenzial des Materialsystems ungenutzt bleibt. In diesem Projekt zielen wir darauf ab, die kompressive Verspannung im InGaN-Quantentopf durch Wachstum auf einer entspannten InGaN-Pufferschicht zu reduzieren, die eine größere Gitterkonstante aufweist. Die Herstellung solcher Pufferschichten mit hoher struktureller Perfektion ist anspruchsvoll, da sie ein detailliertes Verständnis der plastischen Relaxationsprozesse erfordert, das bisher noch nicht vollständig erreicht wurde. Der Grund dafür ist, dass ein direkter experimenteller Zugang zu diesen Prozessen zwar höchst wünschenswert, aber äußerst anspruchsvoll ist. Dank der jüngsten Verbesserungen der Messtechnik wollen wir dieses Problem mit Hilfe von in-situ-Röntgendiffraktometrie (XRD) und in-situ-Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) untersuchen. TEM erlaubt es, sehr lokale plastische Relaxationsphänomene auf der Skala von wenigen nm zu untersuchen, während das komplementäre in-situ XRD es ermöglicht, diese Prozesse auf viel größeren Skalen (Hunderte von Mikrometern) zu analysieren. Die gewonnenen Informationen werden das Wachstum von strukturell hochwertigen Pufferschichten mit einer wesentlich höheren in-plane Gitterkonstante ermöglichen. Anschließend planen wir das Wachstum von InGaN Quantentopfstrukturen auf diesen Pufferschichten, die eine geringere kompressive Verspannung aufweisen. Dabei soll die grundlegende Frage geklärt werden, inwieweit die Verspannung tatsächlich für die Verringerung der Konversionseffizienz bei LEDs im grünen oder roten Spektralbereich verantwortlich ist. Schließlich planen wir, die In-Zusammensetzungsgrenze von x=0,3 zu überwinden, was die allerersten Schichten dieser Art sein werden. Optische Untersuchungen werden wertvolle Informationen über die optischen Eigenschaften solcher Schichten liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Partnerorganisation: Narodowe Centrum Nauki (NCN)
• Mitverantwortlich: Dr. Martin Albrecht
• Kooperationspartnerin: Dr. Julita Smalc Koziorowska