Grenzflächen zum Einfangen von Versetzungen für zuverlässige, auf Silizium gewachsene III-V-Halbleiter-Bauelemente

• Antragsteller: Dr. Achim Trampert
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568843609

Optoelektronische Bauelemente, die auf III-V-Halbleitern basieren, werden auf teuren und relativ kleinen III-V-Substratwafern hergestellt, die meist aus kritischen Rohstoffen bestehen. Silizium hingegen ist ein reichlich vorhandenes Material, das in Form von großen Wafern verfügbar ist und das Herzstück der gesamten Mikroelektronikindustrie darstellt. Seine Verwendung als Ersatz für die III-V-Substrate wäre ein wichtiger Schritt in Richtung einer nachhaltigen Nutzung von Gruppe III- und V-Materialien sowie in der Herstellung voll integrierter, photonischer Bauelemente. Das epitaktische Wachstum von III-V auf Si führt jedoch zu einer hohen Versetzungsdichte, die sich nachteilig auf die Leistung und Zuverlässigkeit der Bauelemente auswirkt. In einem früheren Projekt untersuchten wir Filterschichten, um die Versetzungsdichte zu verringern, bevor sie den aktiven Bereich des Bauelements durchdringen. Es wurden zwar erhebliche Verbesserungen erzielt, aber die Versetzungsdichte ist immer noch zu hoch. Im Rahmen des LICORICE-Projekts soll ein neues Paradigma erforscht werden, das auf der Gestaltung von „Trapping-Grenzflächen“ innerhalb des Bauelements beruht, um die Versetzungslänge in Kontakt mit den aktiven Schichten zu minimieren und die Bildung neuer Versetzungssegmente während des Betriebs des Bauelements zu verhindern. Schichten von wenigen Nanometern werden untersucht, um den Einfangprozess der Grenzflächen im Hinblick auf die epitaktische Verspannung zu optimieren und gleichzeitig gute elektronische und optische Eigenschaften beizubehalten. Die Herausforderung besteht in der Tat darin, diese Einfanggrenzflächen so nahe wie möglich an den aktiven Schichten des Bauelements zu platzieren, ohne dessen Leistung durch optische Verluste oder elektrische Widerstände zu verschlechtern. Zu diesem Zweck wird das Konsortium, das auf französischer Seite aus einer renommierten Epitaxie-Gruppe und auf deutscher Seite aus einer auf die Untersuchung von Kristalldefekten und Grenzflächen mittels Elektronenmikroskopie spezialisierte Gruppe besteht, dedizierte Heterostrukturen untersuchen, um die Einfanggrenzflächen in Bezug auf Lagendicke, Zusammensetzung, Platzierung im Verhältnis zu den aktiven Schichten usw. zu optimieren. Schließlich werden Laser hergestellt und getestet, um eine Performance und Zuverlässigkeit zu demonstrieren, die vergleichbar ist mit Bauteilen, die auf III-V-Substraten gezüchtet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Dr. Jean-Baptist Rodriguez