Krümmungssensor: unverzichtbar und preisgekrönt
Krümmungsverläufe verschiedener Wafer während des Wachstums der aktiven Zone (oben) und Histogramme der PL-Wellenlängen-Verteilung für beide Wafer
EpiCurveTT auf Mehrscheiben-Epitaxieanlage des FBH
Bauelemente auf der Basis von Gallium-Nitrid (GaN) haben sich in rasanter Geschwindigkeit am Markt durchgesetzt: als LEDs für die Beleuchtungstechnik, Laser in Blu-Ray Disk-Laufwerken oder Leistungstransistoren in der Mobilkommunikation.
Eine Schwierigkeit bei der Herstellung dieser Bauelemente besteht darin, dass sich die Halbleiterscheiben, auf denen sie entstehen, stark durchbiegen. Die verschiedenen Gitterkonstanten der Epitaxieschichten GaN und (Al,In,Ga)N und die unterschiedliche thermische Ausdehnung von GaN und den Substratmaterialien Saphir (für LEDs) und SiC (für Transistoren) führen zur Durchbiegung bis hin zum Zerreißen der Schichtstrukturen. Die Höhe der Durchbiegung hängt dabei von den Dicken der Halbleiterschichten (wenige Mikrometer) als auch von der Größe und Dicke der verwendeten Substrate ab.
Das Verständnis und die Kontrolle der Waferkrümmung sind dabei entscheidend für die dadurch verursachte Wellenlängenvariation von LEDs oder Laserdioden über den Waferradius [1]. Für solche Bauelemente ist das Ziel, bei der epitaktischen Abscheidung der lichtemittierenden Schicht einen möglichst flachen Wafer mit homogener Temperatur zu erhalten. Bei Schichtstrukturen für Transistoren ist eine möglichst geringe Durchbiegung während der anschließenden Bauelementprozessierung erwünscht, um z.B. Gates von nur 0,25 µm Länge reproduzierbar herstellen zu können [2]. Neben den geometrischen Eigenschaften kann die Verspannung aber auch Einfluss auf die Materialqualität haben, z.B. bei Quantengrabenstrukturen in LEDs [3]. Die Kontrolle der Durchbiegung im gesamten Herstellungsprozess, von der Substratauswahl über die Schichtherstellung bis zur Bauelemente-Prozessierung ist daher unerlässlich und wird am FBH routinemäßig eingesetzt.
Für seinen Beitrag zur Entwicklung und Erprobung des in-situ Krümmungssensors "EpiCurveTT" von Laytec wurde das FBH jetzt mit dem Technologietransfer-Preis "wissen.schafft.arbeit" ausgezeichnet. Es erhält diesen Preis in 2010 gemeinsam mit der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, wo das Konzept des Krümmungssensors entwickelt wurde, und der LayTec GmbH, die diese Geräte herstellt und weltweit installiert.
Publikationen:
[1] F. Brunner, V. Hoffmann, A. Knauer, E. Steimetz, T. Schenk, J.-T. Zettler, M. Weyers, "Growth optimization during III-nitride multiwafer MOVPE using real-time curvature, reflectance and true temperature measurements", J. Crystal Growth vol. 298, pp. 202-206 (2007)
[2] F. Brunner, O. Reentilä, J. Würfl, and M. Weyers, "Strain engineering of AlGaN-GaN HFETs grown on 3 inch 4H-SiC", phys. stat. sol. (c), vol. 6, no. S2, pp. S1065-S1068 (2009)
[3] A. Knauer, T. Kolbe, S. Einfeldt, M. Weyers, M. Kneissl, and T. Zettler, "Optimization of InGaN/(In,Al,Ga)N based near UV-LEDs by MQW strain balancing with in-situ wafer bow sensor", phys. stat. sol. (a), vol. 206, no. 2, pp. 211-214 (2009).
FBH-Forschung: 29.11.2010