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

Für ein detailliertes Verständnis komplexer Halbleiter-Heterostrukturen und der Physik der darauf basierenden Bauelemente ist eine systematische Bestimmung und Korrelation der strukturellen, chemischen, elektronischen und optischen Eigenschaften im Mikro- oder Nanomaßstab unerlässlich. Lumineszenztechniken gehören zu den empfindlichsten, zerstörungsfreien Methoden der Halbleiterforschung, und die Kombination von zeitaufgelöster Lumineszenzspektroskopie mit der hohen räumlichen Auflösung eines Rasterelektronenmikroskops, wie sie durch die Technik der Kathodolumineszenzmikroskopie realisiert wird, bietet ein leistungsfähiges Werkzeug für die optische Nanocharakterisierung von Halbleitern, deren Heterostrukturen sowie deren Grenzflächen. Im Rahmen des Forschungsgruppenantrags „Polarisationsfeldsteuerung in Nitrid-Lichtemittern“ werden wir die elektronischen und optischen Eigenschaften von nicht- und semipolaren epitaktischen Nitridstrukturen im Mikro- und Nanomaßstab mit der kristallinen Realstruktur korrelieren.
Morphologische Defekte wie Versetzungen und – insbesondere in Material, das nicht entlang der c-Achse gewachsen ist – Stapelfehler sowie spontane und piezoelektrische Polarisationsfelder stellen die Hauptprobleme bei Nitriden der Gruppe III dar. In ternären und quaternären Legierungen sowie in deren Heterostrukturen haben Schwankungen der Stöchiometrie und/oder Grenzflächen im Nanobereich einen starken Einfluss auf die strahlende Rekombination in Lichtemittern. In enger Zusammenarbeit mit den Wachstumsprojekten (UUlm, TUBs, OvG-D und TUB) und in perfekter Ergänzung der experimentellen Techniken durch den Austausch mit dem TEM-, µPL- und µEL-Projekt (URgb) werden wir diese Probleme angehen.

DFG-FG 957: Polarcon: Control of polarization fields in GaN-based light emitters: Microscopic correlation of electronic and optical properties with the actual crystalline structure of polarization-field-controlled Group III nitrides

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.