MOVPE Nitride

Für die Nitrid-basierte Epitaxie stehen am FBH zwei MOVPE Reaktoren zur Verfügung. Eine MOVPE-Anlage vom Typ AIX200/4-RF-S mit einer Kapazität von 1×2" wird für die Abscheidung der optoelektronischen Epitaxiestrukturen genutzt. Der Reaktor ist mit einem hochauflösenden Krümmungssensor (EpiCurveTT-HR) der Firma LayTec ausgestattet. Des Weiteren steht eine Mehrscheiben-Anlage vom Typ AIX2600G3-HT mit einer Kapaziät von 8×3" oder 11×2", ebenfalls mit in-situ Sensorik, zur Verfügung. In dieser effizienten Produktionsanlage werden u.a. GaN-Saphir-Templates für die Weiterverwendung als Startsubstrate in der Einzelscheiben-MOVPE und HVPE hergestellt. Der Edelstahlreaktor lässt Wachstumstemperaturen von bis zu 1600°C zu. Dies ermöglicht die Herstellung von AlN-Schichten hoher Qualität, die z.B. als Templates für optoelektronische Strukturen für den fernen UV-Emissionsbereich einsetzbar sind.

In der Mikroelektronik werden Epitaxieschichten für AlGaN/GaN Heterostruktur-Feldeffekt-Transistoren (HFET) entwickelt. Als Substrate werden 75 mm semi-isolierende SiC-Wafer eingesetzt, die sich insbesondere durch eine hohe thermische Leitfähigkeit gegenüber dem preiswerteren Saphir auszeichnen. Die HFET-Schichtstruktur besteht im wesentlichen aus einer hochohmigen GaN-Pufferschicht, einem GaN-Kanal und einer Al_xGa_1-xN-Barrierenschicht mit Al-Gehalten im Bereich x=0.15 bis x=0.35. Aufgrund der spontanen und piezoelektrischen Polarisation im Materialsystem AlGaN-GaN erfolgt eine Ladungsträgeranreicherung an der Heterogrenzfläche, die zur Ausbildung eines 2-dimensionalen Elektronengases führt. Typische Ladungsträger-Beweglichkeiten für eine Schichtkonzentration von 1×10¹³ cm^-2 liegen bei 1600 cm²/Vs. Erhöhte Beweglichkeiten von mehr als 2000 cm²/Vs werden durch Einfügung einer zusätzlichen dünnen AlN-Barriere erzielt.

Im Bereich der Optoelektronik entwickelt das FBH Schichtstrukturen für Laser im blau/violetten und grünen Emissionsbereich (390 nm - 520 nm) sowie für Leuchtdioden im UV-Bereich (< 390 nm). Die Laser basieren auf 2 - 7 nm dicken InGaN Quantentrögen als lichtemittierende Schichten, eingebettet in GaN- und Al_xGa_1-xN-Schichten zur Wellenleitung, abgeschieden auf GaN-Substraten. Die LED-Strukturen werden auf Saphir gewachsen und bestehen aus lichtemittierenden In_yAl_xGa_1-x-yN-Schichten eingebettet in Al_xGa_1-xN-Schichten.

Die Polarisation von GaN, die für mikroelektronische Bauelemente sehr nützlich ist, verringert die Effizienz von LEDs und Lasern. Da Polarisationsfelder nur entlang der c-Achse von GaN auftreten, können die Felder vermieden werden, indem GaN-Schichten mit einer anderen Kristallorientierung gewachsen werden. Am FBH werden daher zusätzlich Grundlagenuntersuchungen zum Wachstum von GaN in verschiedenen nichtpolaren oder semipolaren Orientierungen durchgeführt.