Ein eingeladener Artikel von Esperanza Luna Garcia de la Infanta, Senior Scientist am PDI, wurde kürzlich als Leitartikel (Auswahl der Herausgeber) in einer Sonderausgabe des Journals of Applied Physics, "Native Defects, Impurities and the Electronic Structure of Compound Semiconductors: A Tribute to Dr. Wladyslaw Walukiewicz", ausgewählt. Dr. Walukiewicz (1946–2022) trug unter anderem mit Studien zu den Beziehungen zwischen Defekten, Dotierungsverunreinigungen, der elektronischen Struktur von Halbleitern und deren resultierenden optischen und transportbezogenen Eigenschaften zur Halbleiterphysik bei.
Der Artikel berichtet über die Entdeckung von BiGa-Hetero-Antisites, einem lang erwarteten, aber schwer zu detektierenden Defekt in verdünnten Bismiden an den Grenzflächen von Ga(As,Bi)/(Al,Ga)As-Quantentopfschichten, die mittels Molekularstrahlepitaxie (MBE) hergestellt wurden.
Die Forschung am PDI markiert die zweite veröffentlichte experimentelle Bestätigung von BiGa-Hetero-Antisites, bei denen Wismut (Bi) an der Position des Gruppe-III-Atoms eingebaut wird. Diese Entdeckung trägt wesentlich dazu bei, Punktdefekte in Ga(As,Bi) zu identifizieren - ein entscheidender Schritt zur Verbesserung der Materialqualität und zur Erleichterung praktischer Anwendungen. Die einzige frühere Studie zu diesem Thema wurde vor drei Jahrzehnten veröffentlicht, als BiGa-Hetero-Antisites in Bi-dotiertem Bulk-GaAs mit optischen Techniken entdeckt wurden. Nachfolgende Bemühungen, diese Defekte zu detektieren, waren schwierig, und viele Studien spekulierten über deren Existenz in der neuartigen Bismid-Legierung, jedoch ohne konkreten experimentellen Nachweis. Dieser Artikel präsentiert den erstmaligen experimentellen Nachweis von BiGa-Hetero-Antisites in mittels MBE gewachsenen Schichten. Die Detektion erfolgt durch Analyse von mittels g002 Dark-Field-Transmissionselektronenmikroskopie (DFTEM) gewonnenen Beugungsbildern. Die räumliche Auflösung des TEM ermöglicht die präzise Lokalisierung der Defekte, in diesem Fall an den Grenzflächen von Ga(As,Bi)/(Al,Ga)As-Quantentöpfen.
Während ein routinemäßiges Raster-(S)TEM diese Anomalien wahrscheinlich übersieht, zeigt diese Arbeit, wie die chemisch-sensitive g002 DFTEM-Untersuchung unerwartete Merkmale in Verbindung mit der Anwesenheit dieser Punktdefekte mit bemerkenswerter Klarheit aufdeckt. Insbesondere wird die Anwesenheit von BiGa-Hetero-Antisites durch deutliche "dunkle Linien" an den Grenzflächen lebhaft illustriert. Zusätzliche analytische STEM-Verfahren und überarbeitete STEM-Messungen, die speziell darauf abzielen, Anomalien an den Grenzflächen zu detektieren, zeigen eine Galliumverarmung und Wismutansammlung an genau der Position der dunklen Linien, die mit BiGa an dieser Stelle konsistent sind. Die Bildung von BiGa-Hetero-Antisites wird im Zusammenhang mit bestimmten Verfahren während des MBE-Wachstums diskutiert. Dies unterstreicht die Relevanz kombinierter TEM- und MBE-Untersuchungen - ein Bereich, in dem das PDI Pionierarbeit geleistet und weltweite Anerkennung erlangt hat -, um die Materialwissenschaft voranzutreiben.
Trotz des enormen Potenzials von verdünnten Bismiden ist das genaue Verständnis der Bi-Einbindung in das Gitter herausfordernd geblieben, aber entscheidend für die Optimierung der Materialqualität und die Nutzung ihrer vollen Funktionalität. Die jüngsten Arbeiten am PDI, die die Präsenz von BiGa-Hetero-Antisiten in Ga(As,Bi)/(Al,Ga)As-QW-Strukturen nachweisen, stellen einen bedeutenden Fortschritt auf diesem Gebiet dar und beleuchten entscheidende Aspekte im Zusammenhang mit Punktdefekten, die für die Materialdesign und die Entwicklung von Anwendungen entscheidend sind.
Diese Arbeit unterstreicht die g002 DFTEM-Aufnahmen als ein wirksames Werkzeug nicht nur für verdünnte Bismid-Legierungen, sondern auch für die Detektion von Punktdefekten in Materialien mit Zinkblendekristallstruktur und betont damit ihre breitere Nützlichkeit in der Materialforschung.
