Schnelle, intrinsisch vertikale GaN-Schalttransistoren zur direkten Ansteuerung von Diodenlasern (PioneerGaN)

Im PioneerGaN-Projekt sollen vertikal aufgebaute, schnell schaltende GaN-Leistungstransistoren entwickelt werden. Anschließend sollen diese Bauelemente als Lasertreiber zur Erzeugung von Lichtpulsen im ns-Bereich verifiziert werden.

Schematischer Querschnitt durch einen vertikalen GaN-MISFET
Abb. 1: Schematischer Querschnitt durch einen vertikalen GaN-MISFET auf Basis des Inversionsprinzips.
Erste Ergebnisse an kreisförmigen Transistor-Teststrukturen
Abb. 2: Erste vielversprechende Ergebnisse an kreisförmigen Transistor-Teststrukturen.

Die zu entwickelnden Transistoren basieren auf dem Inversionseffekt zur Steuerung des Elektronenflusses von der oben liegenden Source zum auf der Waferrückseite liegenden Drain (siehe Abb. 1). Diese Transistoranordnung lässt sich in hybrider Weise direkt mit einem Diodenlaser-Chip kombinieren, so dass ein verlustarmes und schnelles Pulsen des Lasers möglich wird. Dabei kooperieren Firmen und Forschungseinrichtungen in Deutschland und Polen eng miteinander und bündeln die jeweiligen Expertisen in Richtung von intrinsisch vertikalen GaN-Leistungstransistoren.

Zur Realisierung der schnellen vertikalen GaN-Schalter werden kritische technologische Schritte entwickelt und zu einem gesamten Prozessfluss zusammengefügt. Die Epitaxie der Grundstruktur in Verbindung mit der technologischen Realisierung der vertikal angeordneten Gates bestimmt maßgeblich die Eigenschaften des späteren Bauelements. Wichtig ist, dass alle Teilprozesse unmittelbar aufeinander abgestimmt sind. So erfordert beispielsweise die Gatetechnologie eine hintereinander abfolgende, aufeinander angepasste Sequenz von Plasmaätzen und Beschichtung von Gateisolator und Gatemetallisierung. Der komplette Prozessfluss von der Epitaxie bis zur späteren Integration mit einem Diodenlaser wird am FBH durchgeführt, die Beschichtung des Al2O3-Gateoxids mittels der „Atomic Layer Depositionstechnologie (ALD)“ übernimmt die Firma SENTECH Instruments. Die GaN-Substrate selbst stammen von der polnischen Firma Seen Semiconductors; das Forschungsinstitut EIT+ übernimmt wichtige Fragestellungen zur Materialcharakterisierung und wird später komplementär zu der am FBH eingesetzten Epitaxie-Züchtungsmethode (Metallorganische Gasphasenepitaxie, MOVPE) die Molekularstrahlepitaxie (MBE) für bestimmte Bauelementschichten bereitstellen.

Abb. 2 fasst die ersten sehr vielversprechenden Ergebnisse der Prozessentwicklungen an kreisförmigen Testtransistoren am FBH zusammen.

Dieses Projekt wird kofinanziert durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE),  Laufzeit: 01.09.2015 – 31.08.2018.