Plenarvorträge - DPG-Tagungen

Halbleiterphysik Dienstag
HL 17 II-VI Halbleiter I
Zeit: Dienstag 10:15–13:30 Raum: H14
HL 17.1 Di 10:15 H14
Optische dielektrische Funktionen im Photonenenergiebereich
(4,0 - 9,5) eV von (1120) ZnO untersucht mittels generalisierter
spektroskopischer Ellipsometrie — •Rüdiger Schmidt-Grund 1 ,
Daniel Fritsch 1 , Mathias Schubert 1 , Bernd Rheinländer 1 ,
Heidemarie Schmidt 1 , Evgeni M. Kaidashev 1 , Michael
Lorenz 1 , Craig M. Herzinger 2 und Marius Grundmann 1 —
1 Universität Leipzig, Fakultät für Physik und Geowissenschaften,
Institut für Experimentelle Physik II, Linnéstr. 5, 04103 Leipzig —
2 J. A. Woollam Co., Inc. 645 M Street, Suite 102, Lincoln, Nebraska,
68508m, USA
Wurtzit-ZnO ist attraktiv für Anwendungen in der Optoelektronik.
Die Eigenschaften der E0-Band-Band Übergänge sowie der ordinäre und
extraordinäre Brechungsindexverlauf im Transparenzbereich sind gut bekannt.
Die Eigenschaften der höheren Band-Band Übergänge sind jedoch
weitgehend unbekannt.
Die optischen dielektrischen Funktionen eines mittels gepulster Laser-
Abscheidung (PLD, pulsed-laser-deposition) auf r-plane (1102) Al2O3
Substrat abgeschiedenen wurtzitischen a-plane (1120) ZnO-Dünn-Films
wurden mittels generalisierter spektroskopischer Ellipsometrie im Energiebereich
von 4,0 eV bis 9,5 eV bestimmt. Die dielektrischen Funktionen
zeigen Strukturen, welche bereits an uniaxialen AlGaN beobachtet wurden
und als E1-, E1+∆1-, E2-, and E ′ 0-Typ Band-Band Übergänge identifiziert
wurden. Die aus der ellipsometrischen Modell-Analyse bestimmten
energetischen Positionen dieser Übergänge werden mit Pseudopotential-
Bandstruktur-Rechnungen verglichen.
HL 17.2 Di 10:30 H14
Blue ZnO: New insides from highly concentrated alcoholic colloids
— •Michael Hilgendorff and Michael Giersig — caesar
research center, Ludwig-Erhard-Allee 2, 53175 Bonn, Germany
UV illumination of colloidal ZnO-solutions generates electron-hole
pairs in the nanoparticles which are diffuse to the particles surface where
they can react with molecules in solution. While the electrons mainly
react with oxygen the holes oxidize solvent molecules and surfactants. In
the absence of oxygen the number of surface electrons increases which is
accompanied by the occurrence of a broad absorption in the red and near
infrared. Thus, ZnO-colloids become blue, which is visible with the naked
eye in colloids having a concentration greater than 0.1 M. The influence
of n- and p-doping of ZnO on this effect will be discussed.
HL 17.3 Di 10:45 H14
Wachstum und strukturelle Charakterisierung von ZnO Mikrokristallen
und Nanodrähten — •Andreas Rahm, Thomas Nobis,
Evgeni Kaidashev, Michael Lorenz, Jörg Lenzner und Marius
Grundmann — Universität Leipzig, Fakultät für Physik und Geowissenschaften,
Institut für Experimentelle Physik II, Linnestr. 5, D-04103
Leipzig
Für potentielle Anwendungen in der Nanotechnologie kommen facettierte
säulenartige Kristalle und Drähte beispielsweise als Nanokavitäten
für Laseranwendungen in Betracht. Dafür ist Zinkoxid durch das c-
Achsen dominierte Wachstum und seine hohe Excitonen-Bindungsenergie
besonders interessant. ZnO Mikrokristalle und Nanorasen wurden mittels
PLD und thermischer Verdampfung auf Saphirsubstraten unter Verwendung
von Gold als Wachstumskatalysator (VLS growth) hergestellt.
Mit dem Ziel der Optimierung von Aspektverhältnis, Kristallgüte, Bedeckungsgrad
und lateraler Homogenität wurde dabei der Einfluss kritischer
Züchtungsparameter, wie Temperatur, Restgasdruck, Targetzusammensetzung,
etc. untersucht. Sowohl Nanorasen als auch durch Ultraschall
vereinzelte Nanofäden (∼100nm Durchmesser) wurden mittels
XRD, SEM und AFM hinsichtlich epitaktischer Relation, Qualität, Geometrie
und Wachstum charakterisiert. Dieses Projekt wird von der DFG
im Rahmen der FOR 522 (Projekt P1) unterstützt.
HL 17.4 Di 11:00 H14
Stimulierte Emission in ZnO-Epitaxieschichten — •Heiko Priller
1 , J. Brückner 1 , Th. Gruber 2 , Ch. Kirchner 2 , A. Waag 3 ,
H.J. Ko 4 , T. Yao 4 , H. Kalt 1 und C. Klingshirn 1 — 1 Institut für
Angewandte Physik, Universität Karlsruhe — 2 Abteilung Halbleiterphysik,
Universität Ulm — 3 Institut für Halbleitertechnik, TU Braunschweig
— 4 Institute for Material Research, Tohoku University, Japan
Wir untersuchen ZnO-Epitaxieschichten die mit MBE (Molecular Beam
Epitaxy) und MOVPE (Metal Organic Vapor Phase Epitaxy) hergestellt
wurden und bestimmen ihre Eigenschaften unter optischer Hochanregung.
Als Anregungsquelle dient ein Excimer-Laser mit einer Anregungswellenlänge
von 308 nm (4.024 eV) und einer Pulslänge von 15 ns,
so dass wir im quasi-kontinuierlichen Bereich sind. Bei niedrigen Anregungsintensitäten
wird das Photoluminsezenzspektrum bei tiefen Temperaturen
durch die Emission von gebundenen Exzitonen dominiert. Erhöht
man die Exzitonendichte beobachten wir eine zusätzliche Emissionsbande
die von Exziton-Exziton-Streuung herrührt. Bei weiterer Erhöhung der
Exzitonendichte dominiert diese Bande und bei noch grösseren Dichten
beobachten wir die Bildung eines Elektron-Loch-Plasmas mit einer sehr
breiten Emissionsbande. Die Spektren der optischen Verstärkung werden
mit der Strichlängenmethode bestimmt.
HL 17.5 Di 11:15 H14
Ortsaufgelöste Kathodolumineszenz an ZnO Mikrokristallen
und Nanodrähten — Th. Nobis, A. Rahm, E. M. Kaidashev,
M. Lorenz, J. Lenzner, M. Grundmann, •Th. Nobis, A. Rahm,
E. M. Kaidashev, M. Lorenz, J. Lenzner und M. Gr undmann
— Universität Leipzig, Fakultät für Physik und Geowissenschaften,
Linnéstr. 5, D-04103 Leipzig
Zur ortsaufgelösten optischen Untersuchung von Nanostrukturen wurde
die Steuerungssoftware entwickelt, mit deren Hilfe ein Rasterelektronenmikroskop
zur Erstellung von Kathodolumineszenz-Images (CLI) genutzt
werden kann. Die externe Steuerung der Strahlposition erlaubt
das Scannen einer etwa 15 × 20 µm 2 großen Fläche und somit die
punktweise Aufzeichnung der Kathodolumineszenz-Intensität der Probe.
Die Messungen an ZnO Mikrokristallen und Nanodrähten zeigen deutlich
die lokalen Unterschiede der Lumineszenz im UV (3.3 eV) und im
Grünen (2.3 eV). Somit weisen die CLIs auf Regionen unterschiedlicher
Kristallgüte hin. Außerdem wurden ortsabhängige Verschiebungen
der Spektralmaxima festgestellt, die vermutlich Verspannungen in den
Mikrokristallen sichtbar machen. Die CLIs wurden bei unterschiedlichen
Temperaturen und an verschiedenen Geometrien (Pyramiden, Säulen,
Drähten) aufgenommen.
Gefördert durch die DFG, FOR 522, Projekt P1 (Gr 1011/1-1).
HL 17.6 Di 11:30 H14
Elektronische Bandstruktur von wurtzitischem ZnO,
Zn1−xMgxO und Zn1−yCdyO mittels Empirischer Pseudopotential
(EPP)-Rechnungen unter Berücksichtigung der
Spin-Bahn-Wechselwirkung — •Daniel Fritsch, Heidemarie
Schmidt, Rüdiger Schmidt-Grund und Marius Grundmann —
Universität Leipzig, Fakultät für Physik und Geowissenschaften
Aus experimentell bestimmten Tieftemperaturübergangsenergien
binärer Halbleiterverbindungen werden iterativ die übertragbaren,
strukturunabhängigen Modellpotentialparamter r i und z i der ionaren
Modellpotentiale von Zn, Mg, Cd und O für EPP-Rechnungen
gewonnen. Auf der Grundlage dieser Modellpotentialparameter wird
die elektronische Bandstruktur des ZnO-Hostsystems und der durch
isovalente Kationensubstitution erhaltenen ternären Mischkristalle
Zn1−xMgxO und Zn1−yCdyO für verschiedene Mischungsverhältnisse x
bzw. y mittels EPP-Rechnungen bestimmt.
Die Berücksichtigung der Spin-Bahn-Wechselwirkung ermöglicht die
Ermittlung der effektiven Massen und der Luttinger-ähnlichen Parameter
ohne k · p-Näherung direkt aus der berechneten Bandstruktur.
Ein Vergleich der entlang hochsymmetrischer Linien der Brillouinzone
berechneten elektronischen Bandstruktur von ZnO und seiner
ternären Mischkristalle mit den mittels spektroskopischer Ellipsometrie
bei Raumtemperatur gewonnenen Band-Band-Übergangsenergien erlaubt
eine Zuordnung der E1-, E1+∆1-, E2- und E ′
0-Ellipsometriewerte zu
Übergangsenergien an bestimmten kritischen Punkten der Brillouinzone.
HL 17.7 Di 11:45 H14
Atomistic Simulations of Static and Dynamic Defect Properties
of Zinc Oxide — •Paul Erhart und Karsten Albe — Institut für
Materialwissenschaft, Technische Universität Darmstadt, Petersenstr. 23,
64287 Darmstadt
Zinc oxide is a wide band-gap semiconductor material which has wide