Untersuchungen der spontanen Selbstordnung von InGaAs auf InP im Hinblick auf Bauelementanwendungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Letzte Teil des Forschungsvorhabens befasste sich mit der Auswirkung der Zn-Dotierung auf die spontane Ausbildung einer Ordnung in dem Mischhalbleiter InGaAsP1 mit der Untersuchung piezoelektrischer Felder in dem Material sowie mit der Demonstration eines polarisationssensitiven Schalters im Wellenlängenbereich von 1.3 pm. Hervorzuheben ist. dass in quaternären Schichten ein deutlich höherer Ordnungsgrad erreicht werden kann als in ternären Schichten. Dies ist auf die Beteiligung des Gruppe-V-Untergitters in diesem Materialsystem zurückzuführen. Die untersuchten Proben und Bauelementschichten wurden mittels MOCVD und speziell entwickelter Verfahren hergestellt. Das Anwendungspotential der besonders ausgeprägten Polarisationsanisotropie in geordnetem InGaAsP konnte durch die Realisierung von Polarisationsdetektoren und - grenzwertschaltern für eine Betriebswellenlänge um 1300 nm demonstriert werden. In beiden Fällen können Änderungen der Lichtpolarisation mittels einer Änderung eines elektrischen Ausgangssignals um nahezu 6 Größenordnungen nachgewiesen werden. Ein Modulatorkonzept basierend auf dem Polarisationszustand des Lichtes konnte ebenfalls demonstriert werden. Die Funktion des monolithisch integrierten Schalters wurde durch Schalten zwischen „An" und „Aus" mit um Größenordnungen unterschiedlichen Lichtintensitäten demonstriert. Im vorliegenden Projekt war man durch die Probengeometrie auf Schaltfrequenzen im kHz-Bereich beschränkt. Für optimierte Strukturen sind jedoch Frequenzen bis an den GHz-Bereich denkbar. Die Unterdrückung der Ordnung bei gleichzeitiger Zn-Dotierung wurde hier erstmals in quaternärem InGaAsP nachgewiesen. Mit steigender Dotierstärke nimmt der Ordnungsgrad stark ab. Erstmals gelang auch der Nachweis von Piezofeldern in geordnetem InGaAsP. Mittels Elektroabsorptionsmessungen an pin-QW-Strukturen konnte ein Piezofeld von 80 kV/cm nachgewiesen werden. Die Feldstärke in Ordnungsrichtung ([lll]-Richtung) beträgt damit 140 ± 10 kV/cm. Abschliessend läßt sich festhalten, dass die Polarisatiorisanisotropie in quaternären Halbleitern ein großes Potential Bauelementanwendungen in Richtung Polarisationsdetektion stellt und auch die Möglichkeit einer Polarisationslogik bietet. Hierzu wäre es aber wünschenswert, in einem mehr ingenieurspezifischen Projekt die Bauelementperformance zu höheren Schaltfrequenzen zu optimieren. Eine Beschreibung der Unterdrückung des Ordnungsmechanismus (gerade im Hinblick auf die Ordnung im Gruppe-III und -V Untergitter) durch Zn-Dotierung steht auf theoretischer Seite noch aus. Ebenso wäre hier eine Beschreibung der Piezofelder in (quaternären) geordneten Materialien zu begrüßen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- ..Growth and Polarization Anisotropy Characterization of Ordered InGaAsP for Optical Fiber Applications". Session P: Epitaxy I: Growth and Characterization of 2003 Electronic Materials Conference Symposium, Salt Lake City. UT, 25.06. - 27.06.2003
S. Neumann, W. Prost, J. Spieler, R. Blache, E. Khorenko, G.H. Doehler, F.J. Tegude
- „Growth of Carbon doped InAlAs with LP-MOVPE and non gaseous sources", J. Crystal Growth 248; 130-133 (2003)
S. Neumann. W. Prost, F.J. Tegude
- „MOVPE Growth and Polarisation Dependence of (dis-)ordered InGaAsP PIN Diodes for Optical Fibre Applications". J. Crystal Growth 248, 158-162 (2003)
S. Neumann, J. Spieler, R. Blache, P. Kiesel, W. Prost, G.H. Döhler, F.J. Tegude
- „Polarisation-sensitive detectors and switches bases on ordered InGaAsP", HL 49.83, Poster DPG-Frühjahrstagung Dresden, 2003
S. Krämer, J. Spieler, R. Blache, S. Neumann, W. Prost, P. Kiesel. F. J. Tegude and G.H. Döhler
- „Superlattice Ordering in Ternary And Quaternary 111/V-Compound Bulk Semiconductors And Quantum Wells", 2003 MRS Fall Meeting, Boston, Symposium T10.8. 2003
G. H. Döhler
- ..Determination Of Piezo-Electric Fields In Spontaneously Ordered InGaAsP", 27th Int. Conf. Phys. Semicond. ICPS27, Flagstaff, 2004
S. Krämer, S. Neumann, W. Prost, F. J. Tegude, S. Malzer, and G. H. Döhler
- Geordnetes InGaAsP zur Realisierung polarisationssensitiver Schalter, 19. Workshop des DGKK-Arbeitskreises Epitaxie von IIl/V Halbleitern Freiburg, 9./10. Dezember 2004
S. Neumann, S. Krämer, S. Malzer, W.Prost, G.H. Döhler, F.-J. Tegude
- „Polarisation-sensitive switch: An integrated intensity-independent solution for 1.3 pm based on the polarisation anisotropy of ordered InGaAsP". 12th Int. Conference on Semicond. Nanostructures and Nanodevices ICSNN. Cancun. 2004
S. Krämer, S. Neumann, W. Prost, F. J. Tegude, S. Malzer, and G. H. Döhler
- "Geordnetes InGaAsP - Grundsätzliche Untersuchungen und elektrooptische Anwendungen", Erlangen-Nürnberg. Univ., Diss.. Institut für Technische Physik L Erlangen (2005)
Stefan Krämer
- ,,Determination Of Piezo-Electric Fields In Spontaneously Ordered InGaAsP", AIP Conf. Proc. 772, 119 (2005)
S. Krämer, S. Neumann, W. Prost, F. J. Tegude, S. Malzer, and G. H. Döhler
- „A monolithically integrated intensity-independent polarization-sensitive switch operating at 1.3 /im based on ordering in InGaAsP", 12th Int. Conf. on Mod. Semicond. Struct. MSS12, Albuquerque, 2005
S. Kramer, S. Neumann, W. Prost, F. J. Tegude, S. Malzer. G. H. Döhler
- „Polarisation-sensitive switch: An integrated intensity-independent solution for 1.3 gm based on the polarisation anisotropy of ordered InGaAsP", phys. stat. sol. (a) 202 (6), 992 (2005)
S. Krämer, S. Neumann. W. Prost, F. J. Tegude. S. Malzer, and G. H. Döhler
- „A monolithically integrated intensity-independent polarization-sensitive switch operating at 1.3 gm based on ordering in InGaAsP", Physica E 32, 554 (2006)
S. Krämer, S. Neumann. W. Prost, F. J. Tegude, S. Malzer, G. H. Döhler
- „Ein Beitrag zur Epitaxie von elektro-optischen Doppel-Heterostruktur-Bauelementen", Dissertation, Universität Duisburg-Essen, September 2007
S. Neumann
