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Entwicklung oxidischer Halbleiterheterostrukturen für optoelektronische und elektronische Bauelemente

Prof. Dr. Bruno K. Meyer       Dr. Detlev M. Hofmann

Gruppe-II-Oxide besitzen eine Reihe von Eigenschaften, die sie für die Anwendung in opto­elektronischen Bauelementen prädestinieren. Hierbei sind von besonderem Interesse i) die Verfüg­barkeit von hochwertigen ZnO-Substraten (Homoepitaxie), ii) ZnO hat eine Bandlücke von 3.3 eV und iii) die Exzitonen­bindungs­energie von 60 meV ermöglicht in der stimulierten Emission exzitonischen Gain bis 500 °C, was insbesondere für kohärente Licht­emitter in niedrigen Schwellstromdichten resultierten sollte. Durch Zugabe von Cd und Mg lässt sich der Spektral­bereich vom Blauen bis ins tiefe Ultraviolett abdecken, wie es für zukünftige Entwicklungen in den Speichermedien und in der Unterhaltungselektronik (CD, DVD, Laser­fern­sehen) gewünscht ist. Trotz dieser bekannten Materialeigenschaften kam es erst vor kurzem zu einem Aufleben der Gruppe-II-Oxide für optoelektronische Anwendungen. Über optisch gepumptes Lasen von ZnO ist schon vor mehreren Jahren berichtet worden. In jüngster Zeit wurden aber wesentliche Durchbrüche erzielt hinsichtlich der Qualität von epitaktischen Schichten durch den Einsatz von ZnO-Substraten und der ersten in Ansätzen erfolgreichen p-Dotierung von ZnO-Schichten.

Unter den I-III-V- (I: Cu, III: Al, Ga) Verbindungen besitzen die Oxide wie CuAlO2 vielversprechende Eigenschaften für „all-transparent-electronics“ auf Glassubstraten. Sie sind prinzipiell p- und n-leitend dotierbar und transparent bis hinauf zu ca. 4 eV. Die Herausforderung besteht darin, sie in kristalliner Form zu synthetisieren, was die Entwicklung geeigneter Nukleationsschichten erfordert.