Einfluss von Elementen mit kleinen kovalenten Radien auf die (Nano)Struktur von III/V Halbleitermaterialien

• Antragstellerin: Professorin Dr. Kerstin Volz
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 88737021

• Erstellungsjahr: 2017

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Schwerpunktthematik dieses Projektes war das Wachstum und die quantitative strukturelle und Zusammensetzungscharakterisierung neuartiger Funktionsmaterialien. Von diesen Materialien haben stabile und metastabile Verbindungshalbleiter, die Legierungselemente mit stark unterschiedlichen Radien enthalten, aufgrund ihrer besonderen strukturellen und optoelektronischen Eigenschaften eine besondere Bedeutung. Mehrere experimentelle Methoden wurden angewandt und weiterentwickelt. Hauptmethode ist die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM). Neben konventionellen Techniken (wie Dunkelfeldabbildung und Elektronenbeugung) kommen hier aberrationskorrigierte Hochauflösungsmikroskopie und (aberrationskorrigierte) Raster-TEM („high angle annular dark field“: Z-Kontrastmikroskopie) zum Einsatz. Die Bildinterpretation wird durch intensive Modellierung der Elektronenstreuung der untersuchten Materialien ebenso wie von stabilen Kristallstrukturen unterstützt. Hochauflösende Röntgenbeugung (XRD) und Rasterkraftmikroskopie (AFM), auch von inneren Grenzflächen, werden mit den elektronenmikroskopischen Daten verglichen und auf wesentlich größerer Längenskala korreliert. Die Forschung im Rahmen dieses Projektes erlaubt ein tiefgehendes Verständnis der strukturellen Eigenschaften von Funktionsmaterialien und von strukturellen Phasenübergängen, die diese ggf. aufgrund ihrer Metastabilität durchlaufen. Die Korrelation der (Nano)struktur zu anderen Materialcharakteristika, wie beispielsweise optoelektronische und magnetische Eigenschaften stellt einen wesentlichen Schritt hin zu einem umfassenden Verständnis dar.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Electrical injection Ga(AsBi)/(AlGa)As single quantum well laser, Applied Physics Letters 102 (24) (2013), 242115
  P. Ludewig, N. Knaub, N. Hossein, S. Reinhard, L. Nattermann, I. P. Marko, S. R. Jin, K. Hild, S. Chatterjee, W. Stolz, S. J. Sweeney, and K. Volz
  
• MOVPE growth of Ga(AsBi)/GaAs multi quantum well structures, J. Cryst. Growth 370 (2013) 186-190
  P. Ludewig, N. Knaub, W. Stolz, K. Volz
  
• Binäre Gruppe-15-Verbindungen als Präkursoren zur Herstellung von 13/15-Halbleiterschichtfolgen. DE 10 2014 014 036.9
  C. von Hänisch, D. Keiper, B. Ringler, K. Volz, W. Stolz, A. Beyer, E. Sterzer
  
• Growth and characterisation of Ga(NAsBi) alloy by metal organic vapour phase epitaxy. Journal of Crystal Growth 396 (2014), pp. 79 - 84
  Z. L. Bushell, P. Ludewig, N. Knaub, Z. Batool, K. Hild, W. Stolz, S. J. Sweeney, K. Volz
  
• Growth of III/V's on Silicon: Nitrides, Phosphides, Arsenides and Antimonides. In: Handbook of Crystal Growth, 2nd Ed. (2014), Edited by Thomas F. Kuech, ISBN: 978-0-444-63304-0
  K. Volz, W. Stolz, A. Dadgar, A. Krost
  
• Metastable cubic zinc-blende III/V semiconductors: Growth and structural characteristics. Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials 61 (2–4) (2015), pp. 46 – 62
  A. Beyer, W. Stolz, K. Volz
  
• MOVPE growth mechanisms of dilute bismide III/V alloys. Semicond. Sci. Technol. 30 (9) (2015), 094017
  P. Ludewig, L. Nattermann, W. Stolz and K. Volz
  
• Correlation of the nanostructure with optoelectronic properties during rapid thermal annealing of Ga(NAsP) quantum wells grown on Si(001) substrates. J. Appl. Phys. 119 (2) (2016), 025705
  T. Wegele, A. Beyer, S. Gies, M. Zimprich, W. Heimbrodt, W. Stolz and K. Volz
  
• Interface morphology and composition of Ga(NAsP) quantum well structures for monolithically integrated LASERs on silicon substrates. J. Phys. D. Appl. Phys. 49 (7) (2016), 075108
  T. Wegele, A. Beyer, P. Ludewig, P. Rosenow, L. Duschek, K. Jandieri, R. Tonner, W. Stolz and K. Volz
  
• MOVPE growth and characterization of quaternary Ga(PAsBi)/GaAs alloys for optoelectronic applications. Applied Materials Today 5 (2016), pp. 209 – 214
  L. Nattermann, P. Ludewig, N. Knaub, N. W. Rosemann, T. Hepp, E. Sterzer, S. R. Jin, K. Hild, S. Chatterjee, S. J. Sweeney, W. Stolz, K. Volz
  
• Quantification of Bi distribution in MOVPE-grown Ga(AsBi) via HAADF STEM. Journal of Crystal Growth 433 (2016), pp. 89 – 96
  N. Knaub, A. Beyer, T. Wegele, P. Ludewig, K. Volz
  
• Exploiting strain to enhance the Bi incorporation in GaAs-based III/V semiconductors using MOVPE. J. Cryst. Growth 470 (2017), pp. 15 – 19
  L. Nattermann, P. Ludewig, E. Sterzer, K. Volz
  
• GaAs1−xBix/GaNyAs1−y type-II quantum wells: novel strain-balanced heterostructures for GaAs-based near- and mid-infrared photonics. Sci Rep. 7 (2017) 46371
  C. A. Broderick, S. Jin, I. P. Marko, K. Hild, P. Ludewig, Z. L. Bushell, W. Stolz, J. M. Rorison, E. P. O’Reilly, K. Volz, and S. J. Sweeney