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GaN-Kristalle hoher Qualität

FBH-Forschung: 14.02.2011

GaN-Kristall

6,3 mm dicker GaN-Kristall

Zur Herstellung effizienter und langlebiger, blau-violetter Laserdioden werden möglichst kostengünstige Galliumnitrid (GaN)-Substrate in hoher Materialqualität benötigt. Diese werden von der Industrie heute überwiegend individuell auf Fremdsubstrat durch Wachstum einer Schicht von 0,5 - 1 mm Dicke und nachfolgendes Ablösen dieser Schicht von Substrat hergestellt. Dieses Verfahren ist aufwändig, teuer und führt zu stark streuenden Eigenschaften der GaN-Substrate. Als Alternative dazu entwickelt das FBH eine Technologie zur Herstellung dicker GaN-Kristalle, aus denen mehrere GaN-Substrate von höherer Qualität herausgesägt werden können, wie das z.B. für Silizium und andere Halbleitermaterialien üblich ist. GaN-Kristalle von zwei Zoll Durchmesser und einer Länge von über 6 mm werden am FBH so bereits mit sehr hohen und damit produktiven Wachstumsraten von 0,45 mm/h erreicht. Niedrige Versetzungsdichten bis weit unter 106 cm-2, hohe Materialreinheit und hervorragende Wärmeleitfähigkeit von nahezu 300 W/mK zeigen die sehr gute Materialqualität dieser Kristalle, die für viele Anwendungen erforderlich ist.

Ziel ist es, Durchmesser und Kristalllänge weiter zu vergrößern und aus den Kristallen GaN-Substrate bei einem Industriepartner herzustellen. Zudem sollen durch Dotierung mit Silizium n-leitende bzw. durch Eisendotierung semiisolierende GaN-Substrate möglich werden. Dies erschließt neue Anwendungsbereiche bei ultrahellen LEDs und schnellen GaN-Leistungsschalttransistoren, wie sie am FBH entwickelt werden.

Publikationen:

E. Richter, U.Zeimer, F. Brunner, S. Hagedorn, M. Weyers, G. Tränkle, "Boule-like growth of GaN by HVPE", Phys. Status Solidi C 7, 28-31 (2010), doi: 10.1002/pssc.200982616.

E. Richter, U. Zeimer, S. Hagedorn, M. Wagner, F. Brunner, M. Weyers, G. Tränkle, "Hydride vapor phase epitaxy of GaN boules using high growth rates", J. Cryst. Growth 312, 2537-2541 (2010), doi:10.1016/j.jcrysgro.2010.04.009.

E. Richter, M. Gründer, B. Schineller, F. Brunner, U. Zeimer, C. Netzel, M. Weyers, G. Tränkle, "GaN boules grown by high rate HVPE", Phys. Status Solidi C, in Druck.

FBH-Forschung: 14.02.2011