Einfluss von Kohlenstoff auf die elektrischen, optischen und strukturellen Eigenschaften von GaN

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Mikolajick
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 348524434

Starkes Interesse und intensive Forschung an kohlenstoffdotiertem Galliumnitrid (GaN) innerhalb der letzten 3 Jahre deuten auf die Tatsache hin, dass Kohlenstoff keinen praktikablen Akzeptor in GaN darstellt. Unabhängige Studien schließen auf einen tiefen Akzeptorzustand ca. 0.7 bis 1.0 eV überhalb der Valenzbandkante. Damit erscheint p-Leitfähigkeit von kohlenstoffdotiertem GaN illusorisch. Unsere aktuelle Forschungsaktivität zu C-dotiertem GaN gewachsen mittels Molekularstrahlepitaxie (MBE) ist mit diesen Erkenntnissen konsistent, da wir weder spektroskopisch noch elektrisch Eigenschaften eines flachen Akzeptors nachweisen konnten, wie dies z.B. im Falle von GaN dotiert mit Magnesium möglich ist. Das große Interesse am genauen mikroskopischen Charakter des Defektes, welcher von Kohlenstoff in GaN gebildet wird, bleibt bestehen, da dieser potentiell die Restleitfähigkeit in GaN kompensiert. Mittels MBE gewachsenes ultrareines GaN ist ein perfektes Referenzsystem für den Vergleich mit GaN mit absichtlich eingebrachten Verunreinigungen. Unsere aktuellen Ergebnisse deuten auf die Bildung von strukturellen Defekten während des Wachstums hin. Durch die Korrelation von Photolumineszenzmerkmalen im Energiebereich 3.0 bis 3.4 eV mit der Dotierkonzentration von Kohlenstoff wird dieser Aspekt im Detail im Rahmen des Projektes untersucht. Weiterhin haben wir realisiert, dass der eingebaute Kohlenstoff nicht alleinig für das gelbe Lumineszenzband um 2.2 eV verantwortlich ist. Dies soll durch weitere Experimente verifiziert werden, z.B. Einbeziehung zusätzlicher Dotanten. Eine weitere Säule des Vorhabens werden Untersuchungen zum Einfluss der Kohlenstoffdotierkonzentration in AlGaN/GaN-Feldeffekttransistoren auf deren elektrische Eigenschaften und Betriebsart darstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Stefan Schmult