Single GaN Nanorod Light Emitters and their Interaction with their Environment

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Waag
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 186128001

Das Ziel der ersten Projektphase war die Erforschung der Wachstumsmechanismen von GaN Nanodrähten und die Kombination dieser Drähte mit dielektrischen Bragg Spiegeln um erste Schritte in Richtung von vertikal emittierenden LEDs und Laserdioden zu realisieren. Umfangreiche Kenntnisse über die Mechanismen des selektiven Wachstums durch metallorganische Gasphasenepitaxie (MOVPE) konnten gewonnen werden. GaN Säulen mit kleinen Durchmessern von unter 350 nm wurden durch die Entwicklung von reproduzierbaren Nanoimprint- und Kolloidal-Lithografie-Verfahren hergestellt. Bezüglich der Templat-Entwicklung soll im nächsten Schritt eine weitere Reduktion des Durchmessers der Nanosäulen auf unter 200 nm erreicht werden. Dafür werden sowohl die Nanoimprint Lithografie als auch verbesserte Ätzrezepte weiterentwickelt. Die prozesstechnische Kombination von Bragg Spiegeln mit vertikal stehenden GaN Säulen wurde bereits entwickelt. Es stellte sich jedoch heraus, dass die Inkompatibilität von Oxiden und Nitriden große Probleme während der Prozessierung aufwirft. In der zweiten Projektphase sollen die neu gewonnen Kenntnisse über das selektive Wachstum genutzt werden, um auch horizontale GaN Drähte herzustellen, die wiederum auf vorstrukturierten Templaten aufgewachsen werden sollen. Die Übertragung der Vorteile von vertikalen Strukturen wie z.B. Defektfreiheit auf horizontale Strukturen würde die Möglichkeiten einer weiteren Prozessierung zu Bauelementen erheblich erweitern. Die horizontalen Nanodrähte werden einfacher zu kontaktieren sein und daher kann auch ein elektrisches Pumpen einer Laserstruktur auf Nanodraht-Basis realisiert werden. Um die Möglichkeiten der elektrischen Kontaktierung zu untersuchen, werden die schon existierenden vertikalen Drähte auf ein zweites Trägersubstrat übertragen und dort kontaktiert. Diese unkomplizierte Methode, die auf Photolithografie basiert, wird uns erlauben, einzelne Nanosäulen zu kontaktieren und die Strukturen auf verschiedenste Art und Weise zu funktionalisieren und zu analysieren. Für die nächste Projektphase soll der Fokus deshalb einerseits auf der Herstellung und Charakterisierung vertikal emittierender Laserdioden liegen, und parallel dazu soll die Möglichkeit von lateral emittierenden Laserdioden basierend auf horizontalen GaN Drähten erforscht werden (mit P1). Aufbauend auf den bisherigen Erkenntnissen zur Implantation von Europium in GaN-Drähte soll ein zweiter Fokus des Projekts auf der Kombination von dreidimensionalen LEDs mit Europium und Cobalt liegen. Die Mechanismen des Energietransfers und die Potenziale für Lichtemission im roten Spektralbereich, auch mit Blick auf die Einzelphotonen-Emission, sollen untersucht werden (mit P4). Außerdem soll die Oberfläche von GaN Drähten chemisch funktionalisiert werden, erstens um die Emissionseigenschaften von InGaN/GaN MQWs in Richtung des "green gap" zu verschieben (mit E3) und zweitens um optoelektronische Gassenorik zu implementieren.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1616: Dynamik und Interaktion von Halbleiternanodrähten für die Optoelektronik