Halbleiterbauelemente mit ungewöhnlich hoher Elektronendichte hergestellt
Wissenschaftlern der Universität Karlsruhe ist es gelungen, sogenannte modulationsdotierte Halbleiterbauelemente mit ungewöhnlich hoher Elektronendichte in der aktiven Schicht zu konstruieren. Die Modulationsdotierung, eine sehr effektive Methode, um Elektronen in extrem dünnen Halbleiterschichten zu erzeugen, wurde hier auf Halbleiter-Bauelemente mit zweidimensionalem Elektronengas angewandt. Fremdatome in benachbarten Gebieten werden nach kurzem Diffusionsprozeß in die aktive Halbleiterschicht eingefangen. Die rekordverdächtige Dichte von mehr als 1013 Elektronen pro Quadratzentimeter Fläche der aktiven Schicht ist allerdings offenbar auf den Einsatz des Halbleiters Cadmium-Sulfid (CdS) zurückzuführen, eine Seltenheit in der weltweiten Forschung.Die Arbeitsgruppe am Karlsruher Institut für Angewandte Physik, geleitet von Claus Klingshirn und Michael Grün, stellt die modulationsdotierten Bauelemente seit zwei Jahren mit einer Molekularstrahl-Epitaxieanlage her, die im Ultrahochvakuum das kontrollierte Aufdampfen von extrem dünnen Halbleiterschichten erlaubt. Schichtdicken von 1000 Nanometern bis hinunter zu einzelnen Atomlagen (rund 0,3 Nanometer) können gezielt aufgetragen werden. Durch abwechselnde Schichtung verschiedener Materialien und die Energiedifferenzen der Elektronen darin lassen sich Halbleiter-Bauelemente mit sogenanntem quasi-zweidimensionalen Elektronengasherstellen.
Bisher wurden zweidimensionale Elektronengasstrukturen fast ausschließlich aus sogenannten "III-V-Halbleiter"-Verbindungen hergestellt, benannt nach den Spalten des Periodensystems, aus dem die Einzel-Elemente stammen: Galliumarsenid (GaAs), Aluminiumarsenid (AlAs), Indiumphosphid (InP) und ihre Legierungen. Kommerziellen Einsatz finden sie etwa in Laserdruckern oder Mobiltelefonen. Solche Bauelemente, die ein zweidimensionales Elektronengas zum Stromtransport nutzen, nennen sich etwa HEMT (High Electron Mobility Transistor).
In Karlsruhe widmet man sich der selteneren Forschung an "II-V-Halbleiter"-Materialien, wie Zinksulfid (ZnS), Zinkselenid (ZnSe) oder eben dem besonders selten untersuchten Cadmiumsulfat (CdS). Diese Halbleiter können, im Gegensatz zu den "Infrarot-Strahlern" der III-IV-Gruppe, im sichtbaren Spektralbereich Licht emittieren. Damit gelang in den USA die Herstellung der ersten blau-grünen Laserdiode, Zinksulfat wird seit Jahrzehnten in Leuchtschirmen eingesetzt.
Dörte Saße, idw
