04.07.2018

Halbleiter mit unerklärlichem Verhalten

Absorptionslinien können bei Bestrahlung stärker und schmaler werden.

Forscher der Uni Marburg sind beim Experimentieren mit Halb­leitern auf ein abwei­chendes Ver­halten gestoßen, das sich nicht mit den bekannten physi­ka­lischen Mecha­nismen erklären lässt. Das benutzte Halb­leiter­system dient als Modell für tech­nische Anwen­dungen, bei denen ein Elek­tronen­über­gang an Grenz­flächen statt­findet, was für fast alle elek­tro­nischen und optisch-elektro­nischen Geräte zutrifft.

Abb.: Markus Stein bereitet das Experi­ment vor, das die unge­wöhn­lichen Eigen­schaften des ver­wen­deten Halb­leiters zu­tage förderte. (Bild: R. Wegst)

Leuchtdioden und viele andere optoelektronische Bauelemente ent­halten Halb­leiter­quanten­filme, dünne Schichten, die zwischen anderen Materi­alien ein­ge­bettet sind. „Licht­teil­chen können von diesen Nano­schichten absor­biert werden“, erläutert Markus Stein von der Uni Marburg. Dabei gibt es Absorp­tions­linien, also Wellen­längen bei denen die elektro­magne­tische Strahlung besonders gut absor­biert wird. „Es ist seit langem bekannt, dass diese Linien schwächer und breiter werden, wenn man das Halb­leiter­material bestrahlt“, so Stein. Der Nach­wuchs­wissen­schaftler fand nun heraus, dass die Linien unter bestimmten Bedin­gungen auch stärker und schmaler werden können. „Das ist ein für uns völlig uner­war­teter Effekt“, sagt Martin Koch, der die Arbeits­gruppe Halb­leiter­photonik leitet. „Alle Erklä­rungs­ver­suche auf der Grund­lage bekannter physi­ka­lischer Mecha­nismen ver­sagen.“

Für seine Experimente verwendete Stein Material, das die Arbeits­gruppe Halb­leiter­epi­taxie her­stellt hat. Die Proben ent­halten Quanten­filme, die Stein mit einem kurzen Laser­puls anregte, der nach etwa einer Nano­sekunde zu einer ver­stärkten Absorp­tion führte.

Die untersuchten Halbleiter taugen als Muster für Material­systeme, bei denen eine räum­liche Ladungs­über­tragung statt­findet, was zum Beispiel für das Funkt­io­nieren von Solar­zellen uner­läss­lich ist. Daher ver­mutet Koch, dass die Fach­welt das neue Phänomen zum Anlass nimmt, um weitere Experi­mente durch­zu­führen und die Befunde theo­re­tisch zu erklären. Tech­nische Anwen­dungen sind nicht aus­zu­schließen, liegen aber einst­weilen noch in ferner Zukunft.

PUM / RK

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