FOR 957:  Polarization Field Control in Nitride Light Emitters

• Fachliche Zuordnung: Physik
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 48042628

Die Forschergruppe "PolarCoN" hat sich zum Ziel gesetzt, Polarisationseffekte in Gruppe-III-nitridbasierten Heterostrukturen zu untersuchen und verschiedene Ansätze für entsprechende Anwendungen in optoelektronischen Bauelementen zu erforschen. Insbesondere wollen wir die sogenannte "Grünlücke" schließen, die die heute noch sehr geringe optische Effizienz von GaN-basierten grünen Licht-Emittern im Vergleich zu entsprechenden blauen und ultravioletten Leucht- und Laserdioden beschreibt. Diese Arbeiten sollen schließlich in die Verwirklichung einer grün emittierenden Laserdiode im GaN-Materialsystem münden.
Als eine der wesentlichen Hürden wird der polare Charakter der auf GaN beruhenden Materialklasse angesehen, insbesondere bei Bauelementen, die entlang der heute am besten untersuchten c-Kristallachse orientiert sind. Die resultierenden inneren elektrischen Felder als Folge der spontanen und piezoelektrischen Polarisation führen in verspannten Quantenfilmen zu einer räumlichen Trennung von rekombinierenden Elektronen und Löchern und somit zu einer reduzierten strahlenden Rekombinationswahrscheinlichkeit.
Haupt-Schlagrichtung des PolarCoN-Teams zur Reduzierung der inneren Felder ist die Epitaxie von Bauelement-Strukturen in nicht oder semipolaren Kristallrichtungen, wofür neue Strategien entwickelt werden müssen, um eine Reihe von Material- und Strukturproblemen zu lösen. In einem anderen Ansatz sollen die internen elektrischen Felder durch eine Anpassung der Polarisation mit geeigneten Materialkombinationen auf der Basis von AlGaInN minimiert werden.
Die Forschergruppe wird somit die Epitaxie von defektfreien nicht polaren Materialien bearbeiten einschließlich der Herstellung von frei stehenden nicht und semipolaren GaN-Substraten. Hierauf werden dann optoelektronische Bauelement-Strukturen abgeschieden mit einer klaren Ausrichtung auf nicht polare Laserdioden mit Emission im längerwelligen grünen Spektralbereich.
Die Studien zu den hierfür notwendigen Bausteinen - aktive Quantenfilme, n- und p-Dotierung, Bauelement-Prozessierung, Laserspiegel-Herstellung usw. - werden von den beteiligten Gruppen des Konsortiums vorangetrieben und in gemeinsamen, eng abgestimmten Experimenten zusammengeführt, entschieden unterstützt durch spezifische Charakterisierungsstudien und theoretische Modellierungsarbeiten.
Beteiligte Institutionen sind das Institut für Optoelektronik, Universität Ulm (Koordinator), das Institut für Festkörperphysik, TU Berlin, das Institut für Angewandte Physik, TU Braunschweig, das Institut für Experimentelle Physik, Otto-von-Guericke Universität Magdeburg, das Institut für Experimentelle und Angewandte Physik, Universität Regensburg, das Institut für Halbleiteroptik und Funktionelle Grenzflächen, Universität Stuttgart sowie das Institut für Integrierte Systeme, ETH Zürich.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen

Projekte

• Advanced Electro-Optical Modeling of III-Nitride Light Emitters (Antragsteller Witzigmann, Bernd )
• coordination project (Antragsteller Scholz, Ferdinand )
• High In-containing long wavelength GaInN nanostructures on semi-polar surfaces (Antragsteller Jetter, Michael )
• High-Indium-content nonpolar quantum wells for green, yellow, and red light emitters (Antragsteller Hangleiter, Andreas )
• Investigations on HVPE - grown InGaN quantum wells on non- and semipolar GaN (Antragsteller Zweck, Josef )
• Investigations on HVPE of non-and semipolar GaN (Antragsteller Scholz, Ferdinand )
• Micro-photoluminescence analysis of semi- and non-polar nitrides: local efficiency and transport (Antragsteller Schwarz, Ulrich Theodor )
• Microscopic Correlation of Electronic and Optical Properties with the Crystalline Real Structure of Polarization Field Controlled Group-III-Nitrides (Antragsteller Bertram, Frank )
• Polarization field control in GaInN quantum well heterostructures on semipolar growth surfaces (Antragsteller Kneissl, Michael )
• Polarization reduced GaN layers for light emitters on planar silicon substrates (Antragsteller Dadgar, Armin )
• Semipolar GaInN quantum wells on pre-structured surfaces for applications in laser diodes (Antragsteller Scholz, Ferdinand )

• Sprecher: Professor Dr. Ferdinand Scholz