Entwicklung einer Züchtungstechnologie für semi-isolierende GaN-Substrate und Untersuchung der in-situ Kohlenstoffdotierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Matthias Bickermann; Professor Dr. Axel Hoffmann
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 237652711

Auf dem Gebiet der modernen Elektronik und Optoelektronik stellt die Forschung an nitrid-basierten Halbleitern eine besondere Herausforderung dar. Für nitrid-basierte Bauelemente sind semi-isolierende (SI) GaN-Substrate mit hoher struktureller Qualität und wirtschaftlichem Preis bislang jedoch nicht verfügbar. Im vorgeschlagenen Forschungsprogramm soll deshalb eine neuartige GaN-Züchtungstechnologie entwickelt werden, die auf dem Pseudohalogen-Gasphasentransport (PVPE) basiert, mit dem Ziel, die strukturelle Perfektion der SI GaN-Kristalle im Vergleich zu Eisen-dotiertem HVPE-gezüchtetem Material deutlich zu verbessern. 'Pseudohalogen' steht für einen kohlenstoffbasierten Transport von Ga, das dann mit Ammoniak zu GaN reagiert. Dabei wird in situ eine strukturierte Kohlenstoff-Maske aufgebracht, um zu Beginn des Züchtungsprozesses die Versetzungsdichten zu reduzieren, während für die eigentliche Züchtung der Kohlenstoffgehalt unter der Löslichkeitsgrenze gehalten wird. Die Kontrolle des Kohlenstoffs wird ermöglicht, indem kohlenstoffhaltiges Gas in eine graphitfreie Reaktionskammer eingebracht wird. Der gewachsene GaN-Kristall hoher Perfektion wird hierbei kohlenstoffdotiert und ggfs. elektrisch semi-isolierend. Die elektrischen Eigenschaften des Materials sollen bestimmt und gezielt eingestellt werden. Die sich aus der Kohlenstoffdotierung ergebenden Kompensationsmechanismen werden mit modernsten Charakterisierungsmethoden grundlegend untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen