Abscheidung und Untersuchung von InGaN-Nanodrähten auf Si-Substraten für die solare Wasserstofferzeugung

• Antragsteller: Dr. Holger Kalisch
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 208580072

Der Halbleiter Indiumgalliumnitrid (InxGa1-xN) ist aufgrund seiner direkten und über den In-Gehalt einstellbaren Bandlücke für eine Vielzahl von Anwendungen der Optoelektronik interessant. Dem Aufbau von Nanostrukturen wird dabei besonderes Potenzial eingeräumt, da hiermit positive Effekte genutzt werden können. Zu diesen zählen ein vergrößertes Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis, verbesserte Ein- und Auskopplung von Lichtquanten, erhöhte Absorption bei gleicher Schichtdicke, höhere Freiheitsgrade bei der Epitaxie auf gitterfehlangepassten Substraten (z.B. Si) sowie geringere Defektdichten im Kristall. Da sich der Wellenbereich der Absorption auch über einen großen Teil des solaren Spektrums erstreckt, sind auch Anwendungen zur solaren Energieerzeugung denkbar. Ein Ansatz besteht in der Verwendung von InGaN bei der photoelektrochemischen Erzeugung von Wasserstoff. Hierbei können die Vorteile der Gruppe III-Nitride wie z.B. gute Legierbarkeit und hohe chemische Stabilität ausgenutzt werden.Im vorgeschlagenen Projekt soll zunächst das Verfahren der H2-Erzeugung an planaren InGaN-Schichten studiert werden. Parallel dazu werden Prozesse zur Epitaxie von InGaN-Nanodrähten auf Si-Substraten entwickelt. Als Verfahren kommt das spontane, selbst organisierte bzw. katalytisch unterstützte Wachstum zum Einsatz. Neben den grundlegenden Studien zum Ablauf der Nukleation von GaN- bzw. InGaN-Nanodrähten auf Si soll die Abscheidung auf einen für die Anwendung günstigen In-Gehalt von ca. 15-35% optimiert werden. Abschließend erfolgt eine Überprüfung der Tauglichkeit der InGaN-Nanodrähte als aktive Elemente in einem elektrochemischen System zur solaren Wasserstofferzeugung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen