Gruppe III-Nitrid Epitaxie

Für die Nitrid-basierte Epitaxie stehen am FBH fünf MOVPE-Reaktoren und ein HVPE-Reaktor zur Verfügung. Eine MOVPE-Anlage vom Typ AIX200/4-RF-S mit einer Kapazität von 1×2" wird für die Abscheidung von optoelektronischen Epitaxiestrukturen, primär blau-violetten Laserdioden, auf GaN-Substrat genutzt. Des Weiteren stehen zwei Mehrscheiben-Anlagen vom Typ AIX2600G3-HT mit einer Kapazität von 11×2" oder 8x3“/4 zur Verfügung. Diese Edelstahlreaktoren lassen Wachstumstemperaturen von bis zu 1400°C zu. Dies erlaubt die Herstellung von AlN-Schichten hoher Qualität, z.B. auf Saphirsubstrat, die als Templates für UV-LEDs eingesetzt werden.

Ein Hochtemperaturofen ermöglicht die weitere Verbesserung der Kristallqualität von AlN-Schichten durch Heizen bis 1700°C. Ein Close Coupled Showerhead Reaktor (6x2“) wird für die Herstellung von Schichtstrukturen für UV-LEDs genutzt. Ein weiterer Reaktor dieses Typs soll für AlN-basierte Heterostruktur-Feldeffekt-Transistoren (HFET) im Rahmen des Förderprogramms "Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD)" eingesetzt werden. Alle MOVPE-Anlagen sind mit in-situ Sensorik (Krümmungssensor EpiCurveTT der Firma LayTec) ausgestattet. Der HVPE-Reaktor erlaubt Temperaturen bis 1300°C und dient der Anlagen- und Prozessentwicklung für dicke, absorptions- und versetzungsarme AlN-Schichten. Diese sollen als Unterlage für das Wachstum von optoelektronischen Strukturen für den UVC-Emissionsbereich eingesetzt werden.

  • MOVPE-Planetenreaktor
    [+] MOVPE-Planetenreaktor für acht 3" Wafer
  • Close Coupled Showerhead
    [+] MOVPE Reaktor für 6x2“ (Close Coupled Showerhead)

In der Mikroelektronik werden Epitaxieschichten für AlGaN/GaN-Heterostruktur-Feldeffekt-Transistoren (HFET) entwickelt. Als Substrate werden 100 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 AlxGa1-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. Für Anwendungen bei hohen Betriebsspannungen werden HFET-Strukturen mit AlN-Pufferschichten entwickelt, die neben höherer Durchbruchspannung und verbesserter Linearität im Arbeitsbereich (geringere Dispersion) auch verbesserte thermische Eigenschaften aufweisen.