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Den Leipziger Forschern gelang es, in einem
neuartigen Laserplasma-Züchtungsprozess (PLD), Phosphoratome in
nanodimensionale ZnO-Halbleiter einzubauen. Der Fachmann spricht von
Phosphordotierung der ZnO-Nanodrähte (ZnO:P). Das erfolgreiche
Verfahren läuft bei deutlich höheren Prozessgasdrücken als bisher
üblich ab. Den Versuch führte Dr. Michael Lorenz im Rahmen der
Forschergruppe 522 "Architektur von nano- und mikrodimensionalen
Strukturelementen" durch. Dazu mischte er dem ZnO Phosphor-Pentoxid P2O5
als Reaktionspartner (Phosphorakzeptor) bei.
"Derartige p-n-Übergänge in Nanodimensionen auf der Basis von ZnO zu
realisieren, ist durch die Erfolge der Leipziger Arbeitsgruppe nun in
greifbare Nähe gerückt", freut sich Professor Grundmann. "Durch die
Züchtung von strukturell besonders hochwertigen, spannungs- und
defektarmen ZnO-Nanodrähten konnten wir die bekannten Schwierigkeiten
mit der p-Leitung in ZnO umgehen." Der neuartige Halbleiter ZnO ist
besonders für blau und ultraviolett leuchtende LEDs und Laserdioden
geeignet.
Der in der Arbeitsgruppe Halbleiterphysik am Institut für
Experimentelle Physik im Rahmen eines EU Forschungsprojektes (STReP
NANDOS) arbeitende post-doc Dr. Bingqiang Cao hat in seiner Arbeit die
Lumineszenz der Phosphor-Störstellen im Detail als Funktion der
Temperatur und Wellenlänge untersucht. Er konnte den Einbau der
Phosphoratome als Akzeptor in das ZnO beweisen.
Hintergrund:
Die bisherigen Schwierigkeiten bei der Züchtung von stabil p-leitendem
ZnO rühren daher, dass reines, undotiertes ZnO stets eine natürliche
n-Typ Leitfähigkeit aufweist, die der p-Leitfähigkeit entgegenwirkt.
Bei der n-Typ-Leitfähigkeit sind die vorherrschenden Ladungsträger
Elektronen, während die p-Leitung durch Elektronenfehlstellen, die
auch als Löcher bezeichnet werden, verursacht wird. Eine Voraussetzung
für die Konstruktion von elektrisch betriebenen lichtemittierenden
Dioden (LEDs) oder auch Laserdioden sind p-n-Übergänge, das heißt
Anordnungen von p- und n-leitenden Materialien.
Nur wenn die Phosphor-Atome als elektrisch aktive Akzeptoren eingebaut
sind, erfolgt die angestrebte p-Leitfähigkeit. Die elektrische
Löcherleitung selbst wurde in weiterführenden Arbeiten bereits
eindeutig bewiesen. Die entsprechende Veröffentlichung wird zur Zeit
gerade begutachtet. Die Forschungsarbeiten an nanoskopischen
UV-Lichtquellen finden im Rahmen des Profilbildenden Forschungsbereich
1 der Universität Leipzig statt, die Ausbildung der beteiligten
Doktoranden erfolgt in der Graduiertenschule BuildMoNa, die mit
Mitteln aus dem Bundes-Exzellenzwettbewerb ausgestattet wird.
Die Leipziger Ergebnisse zur erfolgreichen Phosphor-Dotierung von
ZnO-Nanodrähten wurden in der vom Institute of Physics in
Großbritannien herausgegebenen Zeitschrift Nanotechnology 45, 455707
(2007) umgehend ohne sonst übliche Änderungswünsche publiziert und als
besonderes Highlight auf der Homepage der Zeitschrift herausgestellt.
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