Exzitonische Rekombinationsprozesse in III-Nitrid-Quantenfilmen

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Hangleiter
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392680433

Die Gruppe-III-Nitride sind ein technologisch heute recht weit entwickelter Vertreter der "wide-gap" Halbleiter. Mit dem großen Bandabstand kommen weitere Eigenschaften, insbesondere große effektive Massen für Elektronen und Löcher sowie eine kleine Dielektrizitätszahl. Als unmittelbare Folge ergibt sich eine starke Elektron-Loch-Wechselwirkung und damit eine große Exziton-Bindungsenergie, besonders in niederdimensionalen Strukturen. In den meisten Halbleitern werden aufgrund der geringen Bindungsenergie Exzitonen als Tieftemperaturphänomen angesehen. In III-Nitrid-Quantenfilmen ist dagegen die Bindungsenergie so groß, dass bei Raumtemperatur ein erheblicher Teil der angeregten Ladungsträger als Exzitonen vorliegen sollte.Im vorliegenden Projekt sollen die Auswirkungen der Bildung von Exzitonen auf Rekombinationsprozesse, und zwar sowohl auf strahlende wie auch auf nichtstrahlende Rekombinationsprozesse untersucht werden. Es ist zu erwarten, dass es zu einer drastischen Änderung der Rekombinationskinetik, verbunden mit einer erheblichen Zunahme der Rekombinationswahrscheinlichkeit kommt. Darüber hinaus wird die Exzitonenbildung sich auf die Temperaturabhängigkeit auswirken.Experimentell sollen systematische Untersuchungen der Rekombinationskinetik als Funktion von Ladungsträgerdichte und Temperatur durchgeführt werden, um sowohl für strahlende als auch für nichtstrahlende Prozesse den Einfluss der Elektron-Loch-Wechselwirkung zu klären. Systematisch sollen auch Zusammensetzung und Struktur sowie Dotierung und kristallographische Orientierung der Proben variiert werden, um die Auswirkungen unterschiedlicher Exziton-Bindungsenergien zu untersuchen. Begleitet werden die experimentellen Arbeiten durch Modellrechnungen zur "exzitonischen Verstärkung" der Rekombinationsprozesse.Der Einfluss von Exzitonen auf Rekombinationsprozesse kann auch nicht unerhebliche Auswirkungen auf das Verhalten von III-Nitrid-Leuchtdioden haben. Dort wird das Phänomen des "droop" beobachtet, eine Abnahme der Quanteneffizienz bei hohen Stromdichten. Durch den Nachweis einer exzitonischen Verstärkung von Rekombinationsprozessen könnte dies in einem neuen Licht erscheinen. Daraus können schließlich auch neue Strategien zur Lösung des Droop-Problems entwickelt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen