Prof. Christen
Prof. Dr. rer. nat. Jürgen Christen
Institut für Physik (IfP)
Abgeschlossene Projekte
Planare und Vertikale Homo- und Heteroübergänge für Innovative GaN-basierte Leistungsbauelemente
Laufzeit: 01.01.2022 bis 31.12.2024
Die Entwicklung der Gruppe III-Nitride hat eine neue Ära in der Hochfrequenz- und Hochleistungselektronik eingeleitet. Unter anderem durch den Übergang zu regenerativen Energiequellen und zur Elektromobilitiät werden effizientere, kompaktere und wirtschaftlichere Energiewandlungssysteme benötigt. Das große Potenzial der GaN-Leistungselektronik wird durch eine hohe Baliga Figure of Merit eindrucksvoll belegt.Aktuelles Arbeitspferd ist der laterale AlGaN/GaN-HFET, der bis 600 V kommerzialisiert ist. Im Allgemeinen wird jedoch eine vertikale Bauelementgeometrie aufgrund signifikanter Skalierungsvorteile und verbesserter Isolationseigenschaften bevorzugt. Elektrische Feldstärkespitzen liegen im Volumen, wodurch vertikale Bauelemente weniger anfällig für oberflächenbedingte Durchschläge und parasitäre Effekte wie Current Collapse sind. Vertikale Leistungsbauelemente sind auf 3D-Feldformungs- und Stromführungsstrukturen (Heterostrukturen) angewiesen, um niedrige Leckströme und hohe Durchbruchspannungen zu gewährleisten. Da Dotierstoff-Implantation und -Diffusion in GaN nicht einsetzbar sind, werden Selective-Area Growth (SAG)-Prozesse benötigt. SAG hat bereits vielversprechende Ergebnisse gezeigt, der technologische Reifegrad ist für eine Kommerzialisierung jedoch nicht ausreichend. Problematisch ist die nicht optimale Materialqualität, insbesondere in Bezug auf Kristalldefekte und defektreiche Grenzflächen. Neben den hohen Kosten von nativen GaN-Substraten verhindern mangelnde Kenntnisse von Mikrostruktur und Defekteigenschaften sowie unausgereifte Herstellungsprozesse die Entwicklung konkurrenzfähiger vertikaler GaN-Bauelemente.In diesem Projekt wird eine systematische Analyse von Wachstums- und Prozess-bedingten Defekten und der mikroskopischen Eigenschaften von p-n-Übergängen und Heteroübergängen durchgeführt. Die Compound Semiconductor Technology (CST, RWTH Aachen) wird SAG-Prozesse einsetzen, um planare und vertikale p-n-Übergänge und Heteroübergänge in spezifischen Teststrukturen zu implementieren. Die Halbleiterphysik (OvGU Magdeburg) wird auf dieser Basis detaillierte mikro- und nanoskopische Studien mittels (Raster-)Transmissions-elektronenmikroskopie ((S)TEM), Kathodolumineszenz (STEM-CL)-Spektroskopie, "elektronen-strahlinduziertem Strom" (STEM-EBIC)-Messungen sowie Time-of-Flight-Analysen durchführen, um Defekte zu identifizieren, Ladungsträger- und Exzitonentransport/-dynamik zu charakterisieren und diese mit elektrischen Daten und Wachstums-/Prozessbedingungen zu verknüpfen. Dies, ergänzt durch physikalische Modellierung, wird ein tieferes Verständnis der Auswirkungen von Defekten und Prozessen auf die makroskopischen Material-, Grenzflächen- und Bauelementeigenschaften erlauben und zu neuen Strategien zur Herstellung von Leistungsbauelementen führen. Schließlich werden verbesserte Junction-Barrier-Schottky-Dioden (JBS), Vertical-Channel-Junction-FET (vc-JFET) oder Current-Aperture-Vertical-Electron-Transistoren (CAVET) demonstriert.
Elektron-Phonon Wechselwirkung in Halbleiter Nanostrukturen
Laufzeit: 01.01.2016 bis 31.12.2019
Als zentrale Fragestellung wird die Elektron-Phonon Wechselwirkung, hauptsächlich in Nitrid-Einzelquanten-punkten, untersucht.Dazu werden nanoskopische Methoden wie spitzenverstärkte Ramanspektroskopie, Kathodolumineszenz-Spekroskopie imTransmissionselektronenmikroskop, örtlich- und zeitaufgelöste Photo- und Kathodolumineszenzspektroskopie in Verbindung mitKreuz- und Autokorrelation Experimenten ausgenutzt. Diese einmalige Kombination von hochentwickelten spektroskopischenMethoden ermöglicht es uns, die Elektron-Phonon Wechselwirkung mit einer örtlichen Auflösung besser als 20 nm (5 nm)nachzuweisen. Als Anwendungspotenzial werden Nitrid-Raumtemperatur-Einzelphotonenemitter und Laser im ultravioletten
Spektralgebiet charakterisiert.
Integriertes Graduiertenkolleg "School of Nanophotonics" (MGK)
Laufzeit: 01.01.2016 bis 31.12.2019
Ziel des integrierten Graduiertenkollegs (iGRK) "School of Nanophotonics" des Sonderforschungsbereichs SFB 787 ist, dieEntwicklung junger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zu fördern. Der SFB 787 bietet einerseits mit den exzellenten Forschungsprojekten eine passende Umgebung, um eine tiefgehende fachliche Ausbildung der Doktorandinnen undDoktoranden zu gewährleisten, andererseits bietet das iGRK eine Struktur für überfachliche Angebote zur professionellenWeiterbildung. Das iGRK fördert die wissenschaftliche Unabhängigkeit und internationale Sichtbarkeit seiner Mitglieder sowie den wissenschaftlichen Austausch untereinander.
Nitrid-basierte Einzelphotonenquellen mit optischen Resonatoren
Laufzeit: 01.01.2016 bis 31.12.2019
Im Fokus dieses Teilprojektes stehen blau und UV emittierende GaN-basierte VCSEL-Strukturen. Mit einer analogenepitaktischen Schichtfolge können durch Adaption des photonic crystal bandgap (PBC) Konzepts hochbrillante Kantenlaserrealisiert werden. Insbesondere die große Bandlücke und hohe Exzitonenbindungs-energie in GaN eröffnen neue Perspektivenfür starke Licht-Materie-Kopplung, Polaritonen-Laser, Bose-Einstein-Kondensation und insbesondere Einzel- verschränktePhotonenemission bei Raumtemperatur. Die in GaAs bereits erfolgreich realisierten Konzepte sollen auf die breitbandigen Gruppe-III-Nitride übertragen werden.
Mikroskopisches Transportmodell für reale Solarzellenstrukturen: Einfluss struktureller Unordnung und Defekte auf Ladungsträgertransport und -dynamik in CuIn1-xGaxSe2
Laufzeit: 01.08.2015 bis 31.07.2018
Das vorgestellte Projekt hat zum Ziel, die Mikrostruktur in dünnen Schichten des Chalkopyrithalbleiters Cu(In,Ga)Se2aufzuklären und ein Mikrostrukturmodell aufzustellen. Das Mikrostrukturmodell beschreibt die lokalen optoelektronischen Eigenschaften dieses Verbindungshalbleiters, der durch einen hohen Unordnungsgrad charakterisiert ist. Das Mikrostrukturmodell soll verifiziert werden, indem die Ergebnisse im Rahmen des Projektes durchgeführter orts-zeit-spektralaufgelöste Lumineszenzexperimente sowie Ladungstransportexperimente mit der Methode der Finiten-Elemente simuliert werden. Durch die Kombination von Experiment und Simulation soll die Beeinflussung des Ladungsträgertransports durch den Unordnungsgrad des Mischsystems Cu(In,Ga)Se2 eingehend erforscht werden. Die Arbeiten zum Einfluss von Unordnung sind grundlegender Natur und lassen sich auf andere Materialsysteme übertragen.
Sonderforschungsbereich 787; Halbleiter-Nanophotonik: Materialien, Modelle, Bauelemente; Teilprojekt A8: GaN basierte 'resonant cavity' Strukturen
Laufzeit: 01.01.2012 bis 31.12.2015
Im Fokus dieses Teilprojektes stehen blau und UV emittierende GaN-basierte VCSEL-Strukturen. Mit einer analogen epitaktischen Schichtfolge können durch Adaption des „photonic crystal bandgap“ (PBC) Konzepts hochbrillante Kantenlaser realisiert werden. Insbesondere die große Bandlücke und hohe Exzitonenbindungsenergie in GaN eröffnen neue Perspektiven für starke Licht-Materie-Kopplung, Polaritonen-Laser, Bose-Einstein-Kondensation und insbesondere Einzel- verschränkte Photonenemission bei Raumtemperatur. Die in GaAs bereits erfolgreich realisierten Konzepte sollen auf die breitbandigen Gruppe-III-Nitride übertragen werden.
Materials World Network: Wachstum von unpolarem und semipolarem GaN auf Si- und Saphir-Substraten und Untersuchung optischer Prozesse für hohe Effizienz
Laufzeit: 01.11.2012 bis 31.10.2015
Ziel dieses Vorschlags ist die Untersuchung der Grundlagen des unpolaren und semipolaren GaN-Wachstums mit dem Ziel, die Mechanismen der Defektbildung und des Einbaus von Verunreinigungen sowie die für die strahlende Rekombination verantwortlichen Prozesse zu verstehen. Die Einsicht in die Mechanismen, die für die Defektbildung verantwortlich sind, wird es ermöglichen, Ansätze zur Verringerung der Defektdichte auszuarbeiten und das Material mit hoher optischer Qualität für Leuchtdioden und Laserdioden mit erhöhter Helligkeit herzustellen. Das Fehlen der Polarisation bei unpolarem GaN und die erheblich reduzierte Polarisation bei semipolarem GaN werden höhere Rekombinationsleistungen ermöglichen und die Abhängigkeit der Emissionsenergie vom Injektionsniveau beseitigen. Die Wahl von Si- und Saphir-Substraten ist durch ihre hohe Qualität und breite Verfügbarkeit motiviert, insbesondere im Zusammenhang mit Kostensenkungspraktiken bei hellen LEDs für Beleuchtungsanwendungen. Um die Synthese und die Eigenschaften von transformativen unpolaren und semipolaren Nitrid-Halbleiterstrukturen zu verstehen, wird ein multiinstitutionelles/multidisziplinäres Programm vorgeschlagen, das einzigartige Fachkenntnisse in der Züchtung an der Virginia Commonwealth University, umfangreiche Möglichkeiten für optische Präzisionsmessungen an der Universität Magdeburg (Deutschland) und nachgewiesene Erfahrung in der theoretischen Modellierung an der Universität Montpellier 2 (Frankreich) zusammenführt.
Dieser Text wurde mit DeepL übersetzt
DFG- FG 957: Polarcon: Kontrolle der Polarisationsfelder in GaN basierten Lichtemittern: Mikroskopische Korrelation der elektronischen und optischen Eigenschaften mit der kristallinen Realstruktur von Polarisations-Feld-kontrollierten Gruppe-III-Nitriden
Laufzeit: 01.01.2012 bis 31.12.2014
For a detailed understanding of complex semiconductor heterostructures and the physics of devices based on them, a systematic determination and correlation of the structural, chemical, electronic, and optical properties on a micro- or nano-scale is mandatory. Luminescence techniques belong to the most sensitive, non-destructive methods of semiconductor research, and the combination of time-resolved luminescence spectroscopy with the high spatial resolution of a scanning electron microscope, as realized by the technique of cathodoluminescence microscopy, provides a powerful tool for the optical nano-characterization of semiconductors, their heterostructures as well as their interfaces. As part of the research group proposal “Polarization field control in nitride light emitters” we shall correlate the electronic and optical properties of non- and semipolar epitaxial nitride structures on a micro- and nano-scale with the crystalline real structure. Morphological defects like dislocations and – in particular in non-c-axis grown material – stacking faults and spontaneous and piezo-electric polarization fields are the major problems in group-III-nitrides. In ternary and quaternary alloys as well as in their hetero-structures nano-scale fluctuations of stoichiometry and/or interfaces have strong impact on the radiative recombination in light emitters. In close collaboration with the growth projects (UUlm, TUBs, OvG-D, and TUB) and perfectly complementing the experimental techniques by exchange with the TEM, µPL, and µEL project (URgb), we will address these problems.
GRACIS "Chemische Gradienten in Cu(In,Ga)(S, Se)2: Ursachen und Konsequenzen"; Teilvorhaben: Lumineszenz Charakterisierung von Cu(In,Ga)(S,Se)2 - mikroskopische (In-)Homogenität, Gradienten, Phasen und Grenzflächen
Laufzeit: 01.07.2009 bis 30.06.2012
Die Herstellungskosten von Solarmodulen mit Absorbern aus Cu(In,Ga)(S,Se)2 (CIS) können durch eine schnellere Abscheidung des CIS-Absorbers und höhere Wirkungsgrade bei vereinfachter Prozessführung weiter gesenkt werden. Eine schnellere Herstellung des Absorbers ist vor allem durch die Kinetik der Bildung der Chalkopyritphase und ausreichend großer Körner limitiert. Beide Prozesse sind entscheidend von der Diffusion von Spezies während des Wachstums abhängig. Höchste Wirkungsgrade von CIS-Solarzellen sind mit einem dreistufigen Verdampfungsprozess zu erreichen. Hierbei bilden sich Gradienten im In/Ga-Verhältnis und eine kupferarme Oberflächenphase aus, die wahrscheinlich essentiell für hohe Wirkungsgrade sind. Die Oberfläche kann sich im Verlauf der Grenzflächenbildung mit dem Puffermaterial noch deutlich verändern. Entscheidend hierbei ist die Diffusion von Kupfer und möglicherweise die Interdiffusion zwischen Absorber und Puffermaterial. Das Gesamtziel des Projektes besteht darin, Gradienten der chemischen Zusammensetzung in CIS-Absorbern in Abhängigkeit der Schichtherstellung und der Ausbildung der Grenzfläche zum Puffermaterial zu analysieren. Darüber hinaus sollen die Ursachen chemischer Gradienten und die unmittelbar damit verbundene Diffusion von Spezies aufgeklärt werden. Andererseits sollen die Konsequenzen dieser Zusammenhänge für das Schichtwachstum, die elektronischen Eigenschaften des Absorbers und Auswirkung auf die Effizienz der Solarzellen verstanden werden. Hieraus werden Strategien zur schnelleren Herstellung von CIS-Absorbern sowie zur effizienten Herstellung von Pufferschichten entwickelt und die damit verbundenen Erkenntnisse der zugrundeliegenden physikalischen Zusammenhänge Produzenten von CIS-Solarmodulen im Rahmen von Industrieworkshops zur Verfügung gestellt werden.
BMBF Verbundprojekt: "Effiziente, kostengünstige InGaN-Lichtquellen auf Silizium-Substraten für die Allgemeinbeleuchtung"
Laufzeit: 01.02.2009 bis 30.04.2012
Teilvorhaben: "Mikro-optische und strukturelle Charakterisierung von GaN-auf-Silizium Strukturen und HVPE Wachstum von GaN-auf-Silizium"
Die Arbeiten an der Otto-von-Guericke-Universität beinhalten drei wesentliche Arbeitspakete, welche von 2 Arbeitsgruppen (Prof. Krost, Prof. Christen) gemeinsam bearbeitet werden sollen: Einerseits wird Expertise und Methodik umfangreicher, im Detail aufeinander abgestimmter und sich gegenseitig ergänzender Charkterisierungsmethoden eingebracht, die zugleich auch allen Partnern zur Verfügung gestellt wird. Dies beinhaltet zum einen die detaillierte strukturelle Schicht-charakterisierung mittels röntgenographischer Verfahren wie beispielsweise hochauflösende XRD, grazing incidence diffraction, tiefenaufgelöste Röntgenbeugung, Reflektometrie, wafer-mapping,
hoch-ortsaufgelöste XRD (dx < 1µm), reciprocal space mapping, u.a.. Hierzu stehen neun speziell ausgerüstete Röntgensysteme zur Verfügung (Arbeitsgruppe Krost). Zum anderen werden diese komplenentär ergänzt optische und insbesondere hochortsaufgelöster optische Methoden wie spektral-ortsaufgelöste Raster-µ-Elektrolumineszenz (dx < 1 µm), spektral-ortsaufgelöste Raster- Photolumineszenz (µ-PL: dx < 500 nm, PL-wafer-mapping: 6-Zoll wafer), spektral-orts-zeit-aufgelöste
Kathodolumineszenz (dt < 35 ps, dx < 45nm), (Arbeitsgruppe Christen).
Integriertes Graduiertenkolleg Halbleiter-Nanophotonik: Materialien, Modelle, Bauelemente
Laufzeit: 01.01.2008 bis 31.12.2011
Ziel des im SFB 787 integrierten Graduiertenkollegs Halbleiter-Nanophotonik: Materialien, Modelle, Bauelemente ist die besondere Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses durch Kombination der exzellenten Forschungsmöglichkeiten im Rahmen des SFBs mit einer vertieften wissenschaftlichen Ausbildung und strukturierten Promotionsförderung. Das mehrgliedrige Qualifizierungskonzept beruht auf Interdisziplinarität, intensiver Einführung und kontinuierlicher Weiterbildung, Vermittlung von Teamfähigkeit und Schlüsselqualifikationen sowie engen Industriekooperation und nutzt Synergien von Hochschule und externen Forschungseinrichtungen.
Lumineszenz Charakterisierung von Cu(In,Ga)(S,Se)2
Laufzeit: 01.01.2008 bis 31.12.2011
Das quaternäre chalkopyridische Halbleitermischsystem Cu(In,Ga)(S,Se)2 (CIS) bildet die Grundlage für die derzeit effizientesten Dünnschicht-Solarzellen mit einem Laborwirkungsgrad um 20 %. Die Produktion von CIS-Solarmodulen im industriellen Maßstab erlangt zunehmende ökonomische Bedeutung. Die effiziente und reproduzierbare Nutzung eines Materials für die Massenproduktion von elektronischen Bauelementen hängt jedoch direkt von der verfügbaren Wissensbasis über dessen strukturelle, chemische und elektronische Eigenschaften ab. Die Arbeiten beinhalten Untersuchungen hinsichtlich der mikroskopischen Charakterisierung, insbesondere der höchst-ortsaufgelösten Analyse der optischen Eigenschaften der CIS-Schichten: Kathodolumineszenz, EBIC/EBIC, µ-Photo-lumineszenz und µ-Elektrolumineszenz sowie LBIC.
Sonderforschungsbereich 762; Funktionalität Oxidischer Grenzflächen, Teilprojekt B4: Lateraler Transport in oxidischen Feldeffekt-Strukturen
Laufzeit: 01.01.2008 bis 31.12.2011
Es soll der laterale Transport in Oxid-Heterostrukturen untersucht werden. Durch Korrelation der aus elektrischen Kennlinienfeldern bestimmten Parameter mit mikroskopischen Transporteigenschaften auf µm- (Mikro-Photolumineszenz) und nm- (Kathodolumineszenz) Längenskala soll ein konsistentes Verständnis der elektronischen sowie der ambipolaren Transportmechanismen erarbeitet werden. Die charakteristischen Temperatur- und Energieabhängigkeiten ergeben Aufschluss über die zu Grunde liegenden Streumechanismen. Die Transport-Eigenschaften sollen auf strukturelle (ideale und nicht-ideale) Eigenschaften der Gate-Heterostruktur und ihrer Grenzfläche, des Kanals und seiner Grenzflächen sowie das Banddiagramm, eingebaute Verspannungen und Punktdefekte (Dotierung und Defekte) zurückgeführt werden. Die Prototyp-Struktur für die geplanten Untersuchungen ist ein Feldeffekt-Transistor mit isolierendem Gate (MISFET). Der Leitungskanal soll aus ZnO sowie ZnO-basierten Heterostrukturen in verschiedener kristallographischer Orientierung, d.h. mit verschiedener Orientierung der spontanen Polarisation, bestehen. Neben dem sich an der/den Hetero-Grenzfläche(n) ausbildenden zwei-dimensionalen Elektronengas (2DEG) ist die unter dem Gate vergrabene ZnO-Oberfläche selbst ebenfalls von Interesse, da diese, abhängig von ihrer Vorgeschichte (Temperatur, Gasatmosphäre), auch einen leitfähigen Kanal darstellen kann. Als Gate-Material sollen verschiedene Oxide ohne elektrische Polarisation (z.B. Al2O3), mit spontaner Polarisation (z.B. MgxZn1-xO) sowie schaltbarer Polarisation (z.B. BaTiO3) untersucht werden. Perspektivisch sollen als Kanalmaterial auch ferromagnetische, halbleitende Oxide eingesetzt werden, um eine grenzflächenbestimmte Struktur mit schaltbaren und gekoppelten ferromagnetischen und ferroelektrischen Eigenschaften zu erhalten.
Sonderforschungsbereich 787; Halbleiter-Nanophotonik: Materialien, Modelle, Bauelemente; Teilprojekt C4: GaN-basierte Einzelphotonenemitter und VCSEL
Laufzeit: 01.01.2008 bis 31.12.2011
Ziel der ersten Periode ist das Wachstum von riss- und spannungsfreien InAIN/AlGaN VCSEL-Strukturen. Ausgehend von einem Gruppe-III-basierten unteren und einem Oxidbasierten oberen Bragg-Spiegel soll zunächst ein (InGaN/GaN) MQW mit einem pn-Übergang und einer Tunnelbarriere hergestellt und getestet werden. Neben den grundlegenden Untersuchungen zur Photon-Exziton-Kopplung, dem Purcell-Effekt bzw. der Rabi-Aufspaltung und dem Ausmessen der Dispersion der Kavitäts-Polarisationen sowie deren Bose-Einstein-Kondensation bei Zimmertemperatur sollen hierauf basierende Bauelemente realisiert und charakterisiert werden. Die p-Dotierung hoch-aluminiumreicher AlInN- und AlGaN-Schichten soll untersucht werden, um anschließend auch den oberen Bragg-Spiegel auf Nitrid-Basis herzustellen. GaN-basierte Quantenpunkte für Einzelphotonenemitter sind herzustellen.
Mikroskopische Korrelation der elektronischen und optischen Eigenschaften mit der kristallinen Realstruktur von Polarisations-Feld-kontrollierten Gruppe-III-Nitriden
Laufzeit: 01.05.2008 bis 30.04.2011
Für ein umfassendes Verständnis komplexer Halbleiter-Heterostrukturen und der zugrundeliegenden Physik ist eine systematische Analyse und Korrelation der strukturellen, chemischen, elektronischen und optischen Eigenschaften auf Mikro- bzw. Nanoskala zwingend erforderlich. Lumineszenzuntersuchungen gehören zu den empfindlichsten zerstörungungsfreien Methoden in der Halbleiterforschung. Die Kombination von zeitaufgelöster Spektroskopie mit der hohen Ortsauflösung des Raster-Elektronenmikroskops, wie es durch die Kathodolumineszenz-Mikroskopie realisiert wird, liefert ein potentes Instrumentarium für die optische Nanocharakterisierung von Halbleitern, Heterostrukturen und ihren inneren Grenzflächen. Als Teil des Gruppenantrages Polarisations-Feld-Kontrolle in Nitrid-Licht-Emittern werden wir die elektronischen und optischen Eigenschaften von nicht- bzw. semipolaren Gruppe-III-Nitrid-Strukturen auf Mikro- und Nanoskala mit der kristallinen Realstruktur korrelieren. Morphologische Defekte wie Versetzungen und insbesondere in nicht c-Achsen gewachsenem Material Stapelfehler sowie spontane und piezoelektrische Polarisationsfelder sind die Hauptprobleme in den Gruppe-III-Nitriden. In ternären und quaternären Verbindungen sowie deren Heterostrukturen haben Fluktuationen der Stoichiometrie und/oder Grenzflächen auf Nanometerskale einen entscheidenden Einfluss auf die strahlende Rekombination in Lichtemittern. In enger Zusammenarbeit mit den Epitaxieprojekten (UUlm, TUBs, OvG-D, and TUB) und in optimaler Ergänzung zu den anderen Charakterisierungsmethoden wie TEM, µPL, und µEL im Projekt des Partners URgb werden wir diese Problematik angehen.
Untersuchung der strukturellen und optischen Eigenschaften von GaN-Quasi-Substraten
Laufzeit: 01.01.2006 bis 31.12.2009
Das Projekt befasst sich mit der Verbesserung der strukturellen und optischen Eigenschaften von GaN-Quasi-Substraten. Zwei Ansätze werden dabei verfolgt: Zum einen die Optimierung von HVPE Volumenschichten durch die Verwendung von GaN Niedertemperatur Pufferschichten im HVPE Prozess, zur Reduzierung der thermisch induzierten Verspannungen zwischen Substrat und Schicht. Zum anderen das laterale epitaktische Überwachsen von mit SiO2 strukturierten GaN Schichten mittels HVPE, welches zusätzlich eine Reduzierung der Versetzungsdichte bewirkt. Der mögliche Einbau von Störstellen aus den SiO2 Masken soll dabei bestimmt werden. Ebenso der Einfluss der reduzierten Versetzungsdichte auf die optischen Eigenschaften.
Verbundprojekt: LED-Module mit primärer Optik für die Anwendung im Automobilbau (MOPO) - Teilvorhaben: Mikro-optische Charakterisierung von LEDs und COB-Modulen
Laufzeit: 01.10.2005 bis 31.03.2009
Ziel des Teilvorhabens ist die Entwicklung und Optimierung eines Chip-On-Board (COB) basierten Leuchtmoduls für die Außenbeleuchtung im Automobilbereich. Beginnend mit der Evaluation der Leuchtdiodenchips über die, die Prozessentwicklung und -optimierung begleitende Mikrocharakterisierung von Chip-Montage sowie Applikation des Lumineszenz-Konvertermaterials, bis hin zur Qualitätssicherung des kompletten COB+Converter-Packages soll ein optimierter Aufbau als Zwischenstufe für die anschließende Komplettierung mit einer monolithisch integrierten Primäroptik entwickelt werden.
DFG Schwerpunktprogramm SPP 1032: Gruppe III-Nitride und ihre Heterostrukturen: Wachstum, materialwissenschaftliche Grundlagen und Anwendungen
Laufzeit: 01.01.1997 bis 31.12.2000
Projekt:"Störstellen und Grenzflächendefekte in auf GaN-basierenden Bauelementestrukturen,
untersucht mit elektrischen und photoelektrischen Spektroskopieverfahren"
In zunehmendem Maße verlagert sich die Forschung am Halbleitermaterial GaN auf die Integration des Materials in komplexe Schichtstrukturen. Mit diesen Bemühungen erlangen die Grenzflächen-eigenschaften und die Störstellenstruktur in den einzelnen Schichten eine wachsende Bedeutung. Ziel des vorgesehenen Projekts ist es, auf der Grundlage der bisher vorrangig mit der optischen Admittanzspektroskopie gewonnenen Erkenntnisse zu tiefen Störstellen in GaN-Schichten, elektrisch wirksame Defektzustände und Grenzflächendefekte in Heterostrukturen sowie deren Einfluß auf die Bauelementeeigenschaften nachzuweisen. Die Untersuchung der Grenzflächen erfolgt über die
Spannungs- und Frequenzabhängigkeit der Admittanzspektroskopie im auszubauenden Frequenz-bereich bis zu 30 MHz. Der Störstellennachweis wird vorrangig durch die optische Admittanz-spektroskopie in einem zu erweiternden Spektralbereich von 190nm bis 5µm durchgeführt. Als weitere Meßmethoden werden zusätzlich die thermische Admittanzspektroskopie und die DLTS eingesetzt. Der Einfluß von Defektzuständen auf die Bauelementeeigenschaften soll u.a. an Hand des Frequenzverhaltens, der Spannungsfestigkeit, der photoelektrischen Empfindlichkeit und dem
Auftreten von transienten Speichereffekten nachgewiesen werden.
Nachweis tiefer Störstellen un GaN und in GaN-basierten Mischsystemen mit Photokapazitäts-und optischen Admittanzspektroskopie
Laufzeit: 01.01.1997 bis 31.12.1998
Das Halbleitermaterial GaN ist in das Zentrum des wissenschaftlichen und kommerziellen Interesses als Basismaterial für blaue LED- und Laserdioden gerückt. Besonders wichtig für die Eigenschaften dieses Materials, insbesondere für jegliche Bauelementeanwendungen, sind tiefe Störstellen. Ziel unserer Untersuchungen ist es, tiefe Störstellen in der Nähe der Gapmitte im GaN und in GaN-basierten Mischsystemen nachzuweisen und zu charakterisieren. Der Nachweis tiefer Störstellen erfolgt mittels Photokapazitätsmessungen und mit Hilfe der optischen Admittanzspektroskopie. Die gefundenen Störstellen sollen hinsichtlich ihrer optischen Übergangsenergien, ihrer Photoionisationsquerschnitte, sowie deren spektralen Abhängigkeit charakterisiert werden. Die Kinetik dieser Störstellen wird hinsichtlich ihres Umladungsverhaltens, bestehender Ladungs- und metastabiler Zustände, sowie hinsichtlich der Bedingungen zu deren Bildung und Vernichtung untersucht. Weitergehende Messungen erfolgen zudem an GaN-basierten Mischsystemen, wie AlGaN und InGaN und an darauf aufbauenden optoelektronischen Bauelementen.