Korrelation struktureller und optischer Eigenschaften einzelner Halbleiter-Nanodrähte mit Kern-Mantel-Heterostruktur

• Antragsteller: Dr. Lutz Geelhaar; Professor Dr. Ullrich Pietsch
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 175391613

Heterostrukturen in Nanodrähten unterscheiden sich fundamental von Grenzflächen zwischen planaren Schichten. Für axiale Heterostrukturen kann die Gitterverspannung zwischen zwei Materialien unterschiedlicher Gitterkonstante an den nahen freien Seitenflächen elastisch relaxieren, so dass sich Versetzungen erst bei einer höheren Gitterfehlanpassung bzw. kritischen Schichtdicke bilden. Im Gegensatz zum starren Substrat kann für eine im Nanodraht gelegene Grenzfläche auch das untere Drahtsegment zur elastischen Relaxation beitragen. Trotz der erfolgreichen Kombination sehr unterschiedlicher Materialien in Nanodrähten ist über diese Prozesse bisher wenig bekannt. Das Ziel dieses Projektes ist es, die Gitterrelaxation und Grenzflächenschärfe von Heterostrukturen in (ln,Ga,AI)As- Nanodrähten auf Si-Substraten zu ermitteln. Dabei soll zum einen die Grenzfläche zwischen GaAs Nanodrähten und dem Si-Substrat und zum anderen die Grenzfläche im Nanodraht zwischen (ln,Ga)As und GaAs (mit gleicher nominaler Gitterfehlanpassung wie zwischen GaAs und SI) untersucht werden. Als deutlichen Fortschritt gegenüber bisherigen Arbeiten wird dabei die Abhängigkeit vom Nanodraht-Durchmesser und vom Abstand der Grenzfläche zum starren Substrat untersucht. Dazu werden Nanodrähte mit geringer Anzahldichte in der Molekularsfrahlepitaxie mit Hilfe von Au- oder Ga-Tröpfchen hergestellt, und die mittlere Verspannung des Nanodraht-Ensembles wird schon während des V\/achstums mit Elektronenbeugung und danach mittels konventioneller Röntgenbeugung charakterisiert. Die Gitterverspannung einzelner Nanodrähte wird mittels hochauflösender nanofokussierter Röntgenbeugung am Synchrotron präparationsfrei als Funktion des Nanodrahtdurchmessers analysiert und mit der Defektstruktur des jeweiligen Nanodrahtes korreliert. Die Messergebnisse werden mit Hilfe von Finite Elemente Rechnungen interpretiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen