Sauerstoff nimmt bei der Herstellung von Aluminiumnitrid eine duale Rolle ein. Einerseits verbessert das sogenannte Annealing – das thermische Ausbacken der Halbleiterkristalle – die Kristallqualität. Andererseits gelangen während dieses Prozesses Sauerstoffverunreinigungen ins Material. Als Sauerstoff-Donatoren beeinflussen diese die optischen und elektrischen Eigenschaften des Halbleiters, sind aber während des Annealing kaum nachweisbar und daher vor allem eine theoretische Komponente in der Herstellung. Das Forschungsteam der TU Braunschweig arbeitet entsprechend daran, die Sauerstoff-Donatoren präzise zu identifizieren, um den Herstellungsprozess weiter optimieren zu können.
Methodisch nutzten die Forschenden die zeitaufgelöste Kathodolumineszenzspektroskopie, bei der Elektronenpulse den Festkörper zur Emission elektromagnetischer Strahlung anregen. Das Team identifizierte dabei einen spezifischen Prozess im Nanosekundenbereich, der eine Temperaturabhängigkeit zeigte. In den Messungen konnte der Sauerstoff-Donator ON in Aluminiumnitrid eindeutig von anderen Materialdefekten unterschieden und charakterisiert werden. Diese Ergebnisse liefern fundamentale Daten über die Materialstruktur und bilden eine Basis für die weitere Halbleiterforschung.
Erfolgsfaktor für Grundlagenforschung und Anwendung
Diese Grundlagenforschung aus dem Exzellenzcluster QuantumFrontiers kann künftig die vielfältigen Anwendungsfelder von UV-LEDs auf Aluminiumnitrid-Basis beeinflussen. UV-LEDs sind eine technologische Grundlage für die Wasseraufbereitung, die Oberflächensterilisation sowie für Sensoren in der Gas- und Biomolekülanalyse. Gerade die neugeschaffene Braunschweiger Struktur des Nitride Technology Centers (NTC) greift dabei auf Grundlagenforschung wie diese zurück, um langfristig Nitridtechnologien wie UV-LEDs in die Anwendung zu bringen.
Publikation
Szafranski, B., Peters, L., Wolter, S., Margenfeld, C., Waag, A., & Voss, T. (2026). Ionization energy of the oxygen donor in AlN. Applied Physics Letters, 128(4). https://doi.org/10.1063/5.0308036
