NHEQuanLEA – Ein selektiv auf Si-Nanospitzen gewachsenes hybrides Graphen/III-V-System: Eine Korrelationsstudie der strukturellen und optoelektronischen Eigenschaften

Das monolithische Wachstum von Verbindungshalbleitern der Gruppe III-V mit ihren überlegenen optoelektronischen Eigenschaften auf Silizium (Si) ist eine anspruchsvolle Lösung für die Integration von III-V-Bauelementen in ausgereifte Si-Technologie und CMOS-Plattformen. Trotz großer Anstrengungen bei der III-V/Si-Epitaxie in den letzten Jahrzehnten bleibt das Wachstum hochwertiger III-V-Materialien mit geringer Defektdichte auf Si aufgrund heterogener Materialeigenschaften wie Gitterabstände, Kristallsymmetrien, Oberflächenenergie und Wärmeausdehnungskoeffizienten eine Herausforderung.

Unser Projekt NHEQuanLEA untersucht den Einsatz der Nanoheteroepitaxie-Methode (NHE) für das monolithische Wachstum von III-V-Quantenstrukturen auf strukturierten Si-Wafern. Dieser Ansatz reduziert die plastische Relaxation durch die Aufteilung der Dehnungsenergie zwischen der III-V-Schicht und den darunter liegenden Si-Strukturen, was eine bessere Kontrolle der Position der III-V-Quantenstrukturen ermöglicht, die Entmischung von Verunreinigungen unterdrückt und geringere Defektdichten im III-V-Material erzielt. Um einen breiten Bereich für die Anpassung der Dehnung und der optoelektronischen Eigenschaften des III-V-Materials zu erhalten, konzentrieren wir uns auf das Aufwachsen von GaxIn1-xP-Pufferschichten auf Si-Nanospitzen und die Verwendung von in die Pufferschicht eingebetteten Dehnungs-Quantentöpfen/-punkten als aktive Elektron-Loch-Rekombinationskanäle.

Graphen (Gr) wird als elektrischer Oberkontakt verwendet, was sich aufgrund seiner hohen optischen Transparenz und seiner elektrischen Transporteigenschaften positiv auf die Leistung des Bauelements auswirkt. Die strukturellen Eigenschaften von Gr nach der Übertragung auf III-V/Si und insbesondere die Defekte an der Gr/III-V-Grenzfläche sowie der Ladungstransfer sind Teil dieser Studie.

Flankiert werden unsere Bemühungen durch Forschungsarbeiten zur präzisen Materialkontrolle unter Verwendung kombinierter Wachstumstechniken und zur korrelierten strukturellen und optoelektronischen Charakterisierung von Ensembles von Quantenlicht-Emittern sowie von einzelnen III-V-Nanoinseln.

Unser Projekt soll den Weg für die künftige Entwicklung effizienter und abstimmbarer III-V-Lichtemitter auf der Si-Plattform für die integrierte Optoelektronik ebnen.

Finanzierung

Dieses Projekt wird von der DFG unter der Bewilligungsnummer 428250328 (NHEQuanLEA) gefördert.

Projektpartner

  • Humboldt-Universität zu Berlin
  • Xi'an Jiaotong Universität

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