Stellenangebote

InGaN/GaN-Quantentopf-Heterostrukturen sind zentrale Bestandteile hocheffizienter optoelektronischer Bauelementen wie Laser und Leuchtdioden. Ein derzeitiger Engpass auf dem Weg zu hocheffizienten Bauelementen, die über das gesamte optische Spektrum hinweg arbeiten, ist der Abfall der Quanteneffizienz nach Erhöhung des Indiumgehalts, um den grünen Teil des Spektrums zu erreichen (green gap).

Wegen der Existenz einer Mischungslücke im InGaN Phasendiagramm und aufgrund der hohen Gitterfehlpassung zwischen GaN und InN ist die Herstellung von GaN/InGaN Heterostrukturen eine sehr anspruchsvolle Aufgabe. Daher wird weiterhin aktiv daran geforscht, das Wachstum und die Effizienz von InGaN LEDs zu verbessern.

Unsere Arbeitsgruppe stellt GaN/InGaN Heterostrukturen mit Hilfe einer modernen MBE Anlage her. In diesem Bereich haben wir Bachelor- und Masterarbeiten zu vergeben.

Die Beleuchtung macht je nach Land 15-22 % des Stromverbrauchs aus. Festkörperbasierte Beleuchtung hat das Potenzial, weltweit enorme Energieeinsparungen zu ermöglichen. Der Nobelpreis für Physik 2014 wurde für die Erfindung von effizienten blauen Leuchtdioden (LEDs) verliehen, die helle und energiesparende weiße Lichtquellen ermöglicht haben.

LEDs basieren auf einer pn-Diode, bei der der aktive Bereich in der Regel eine Halbleiter-Heterostruktur ist, deren Ladungsträger durch die angelegte Spannung angeregt werden. Die strahlende Rekombination von Elektronen-Loch-Paaren führt zur Emission eines Photons mit einer Frequenz, die mit der Bandlückenenergie des Halbleiters zusammenhängt. Die blauen LEDs basieren auf GaN/InGaN-Heterostrukturen mit pn-Dioden.

Unsere Gruppe stellt neuartige GaN/InGaN-Heterostrukturen in einer hochmodernen MBE-Anlage her. Um das Potenzial der neuen MBE-Strukturen zu bewerten, müssen pn-Dioden hergestellt und ihre Elektrolumineszenz charakterisiert werden. Der technologische Teil der Arbeit (Lithographie, Trockenätzung, Metallkontakte) wird dabei in dem state-of-the-art Reinraum der Fakultät durchgeführt.

In diesem Bereich sind Bachelor- und Masterarbeiten möglich.

Die Entdeckung der aussergewöhnlichen Eigenschaften von Graphen hat auch ein großes Interesse für andere 2D-Materialen geweckt. Ein prominentes Beispiel hierfür stellen die Übergangsmetall-Dichalkogenide (TDMs) dar. Im Gegensatz zu Graphen stellt beispielsweise eine Monolage Molybdändisulfid (MoS2) einen Halbleiter mit direkter Bandlücke dar. Dadurch wird dieses Material hochinteressant für potentielle Anwendungen im Bereich von Leuchtdioden und digitalen Schaltkreisen.

Mit Hilfe moderner Epitaxie-Verfahren lassen sich solche Systeme erfolgreich herstellen. In unserer Arbeitsgruppe wollen wir Übergangsmetall-Dichalkogenide mittels Molekularstrahl Epitaxie (MBE) herstellen. Dazu entsteht in unserem Labor eine Ultrahochvakuum Anlage, die insgesamt über zwei Wachstumskammern und eine Analysekammer verfügen soll. Eine der Wachstumskammern ist bereits betriebsbereit, die zweite Kammer befindet sich derzeit im Aufbau und bietet nach ihrer Fertigstellung deutlich mehr Möglichkeiten in Bezug auf Materialkombination und Wachstumskontrolle.

In diesem Bereich ist vorzugsweise eine Masterarbeit zu vergeben, die sich mit dem Wachstum und der Charakterisierung von 2D-Materialien beschäftigt. Parallel dazu soll gemeinsam mit den festen Mitarbeitern der Gruppe der Aufbau der zweiten MBE-Kammer unterstützt werden.

Wird ein direkter Halbleiter optisch angeregt, relaxiert er unter anderem durch die Emission von Photonen zurück in den Grundzustand. Aus diesem sogenannten Photolomineszenz-Spektrum (PL) lassen sich dabei wichtige Rückschlüsse auf die elektronische Struktur des Materials ziehen. Kombiniert man diese vielseitig einsetzbare Untersuchungsmethode mit einem Mikroskop-ähnlichen Aufbau, so kann man Halbleiter Nanostrukturen in einem Rasterverfahren ortsaufgelöst analysieren (µ-PL).

In unserer Arbeitsgruppe verfügen wir über einen selbst entwickelten Mikro-Photolomineszenz Aufbau, der es ermöglicht temperaturabhängige PL-Messungen im Bereich von 5 K bis 500 K durchzuführen. Zur Anregung dient ein HeCd Laser, mit dem sich auch Halbleitermaterialien mit einer Bandlücke außerhalb des sichtbaren Spektrums anregen lassen.

Im Bereich der optischen Charakterisierung bieten sich vielfältige Möglichkeiten für Bachelor- und Masterarbeiten. Neben der Charakterisierung von 2D-Materialien und GaN/InGaN Heterostrukturen ist auch eine apparative Weiterentwicklung des Aufbaus geplant. Hierbei stehen zum einen die Optimierung der Ortsauflösung und zum anderen die Weiterentwicklung der Mess- und Analysesoftware im Vordergrund. Darüber hinaus soll unser Mikro-Photolomineszenz Aufbau in Zukunft auch im Master-Forschungspraktikum zur Verfügung stehen. Die didaktische Ausarbeitung eines entsprechenden Versuchs für das F-Praktikums könnte insbesondere für Studierende mit dem Profil Lehramt ein sehr reizvolles Projekt darstellen.