HVPE Nitride

Die Verfügbarkeit von GaN-Substraten ist für die Herstellung hochqualitativer elektronischer und optoelektronischer Bauelemente wie z.B. blauen Laserdioden mit hoher Lebensdauer sowie von weißen Leuchtdioden mit hoher Effizienz von großer Bedeutung. Bislang konnten GaN-Einkristalle mittels Züchtung aus der Schmelze, wie sie z.B. für GaAs-Einkristalle üblich sind, noch nicht in ausreichender Größe realisiert werden. Für Leuchtdioden im UV werden defektarme AlGaN-Schichten benötigt. Die durch die Heteroepitaxie auf Saphir verursachte hohe Defektdichte kann durch das Wachstum einiger 10 µm dicker Schichten deutlich reduziert werden.

Das HVPE-Verfahren ist derzeit weltweit als eine vielversprechende Technik zur Herstellung von GaN-Substraten akzeptiert. Sie ermöglicht das Wachstum von GaN mit hohen Wachstumsraten von über 400 µm/h. Dabei wird flüssiges Gallium verwendet, das durch die Umwandlung in Galliumchlorid mittels gasförmiger Salzsäure (HCl) bei Temperaturen um 900°C zum Substrat transportiert wird. Dort scheidet sich Galliumnitrid durch die Reaktion von Galliumchlorid und Ammoniak bei Temperaturen um 1050°C ab. Der Einsatz von metallischem Aluminium ermöglicht zusätzlich das Wachstum von AlGaN-Schichten. Auch hier sind die hohen Wachstumsraten in der HVPE vorteilhaft. Es werden daher Wachstumsprozesse für dicke AlGaN-Schichten im gesamten Zusammensetzungsbereich entwickelt.

Am FBH wird ein horizontaler Einwafer-HVPE-Reaktor der Firma Aixtron für Grundlagenuntersuchungen des AlGaN-Wachstumsprozesses verwendet. Ein vertikaler HVPE-Reaktor der gleichen Firma ist für die Herstellung von GaN-Einkristallen bestimmt, die von unserem Industriepartner Freiberger Compound Materials GmbH zu GaN-Substraten prozessiert werden. Beide Anlagen sind mit in-situ Reflektometern der Firma LayTec zur Optimierung der Wachstumsparameter ausgerüstet.