Untersuchungen zur Herstellung von GaN-basierten vertikalen Feldeffekt-Transistorstrukturen für Anwendungen in der Hochleistungselektronik

• Antragsteller: Professor Dr. Oliver Ambacher; Professor Dr. Ferdinand Scholz
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 339032420

In diesem Projekt wollen wir das Konzept eines selbstsperrenden vertikalen Feldeffekttransistors mit Stromapertur (CAVET-Konzept) hinsichtlich der Epitaxie, Prozessierung und Charakterisierung auf der Basis von III-N-Halbleitern untersuchen. Ziel des Projekts ist die Erforschung eines solchen vertikalen Transistorkonzepts als Lösung für Hochleistungs-Transistoren, bei dem Einschalt-Widerstand und Durchbruchspannungauf einem höheren Niveau gegenüber Si- und lateralen GaN-basierten Ansätzen optimiertwerden können. Im Unterschied zu konventionellen Ansätzen wollen wir die notwendige Stromapertur nicht durch Ätzen des Halbleitermaterials, sondern mittels selektiver Epitaxie realisieren. Zur Herstellung der benötigten dicken defektarmen Galliumnitrid (GaN)-Drift-Schicht wird das Verfahren der Hydrid-Gasphasenepitaxie (HVPE) eingesetzt und untersucht, basierend auf der langjährigen Erfahrung, die wir mit dieser Methode bereits haben. Auf solchen defektarmen Substraten werden sodann die Bauelement-Strukturen mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) abgeschieden.Die notwendige Strom-Apertur wird wie erwähnt mittels selektiver Epitaxie hergestellt, um die Defekt-Generierung während des lateralen Strukturierungs-Prozesses zu minimieren. Hinsichtlich der Bauelement-Prozessierung werden wir die notwendigen komplexen Arbeitsgänge sorgfältig analysieren, um das volle Potenzial eines vertikalen Transistors hinsichtlich Stromfluss und Durchbruchspannung zu evaluieren. Detaillierte Bauelement-Simulationsrechnungen werden die Epitaxie- und Prozessierungsarbeitenleiten und unterstützen. Dabei werden wir besonderes Augenmerk auf die erforderlichenDotierprofile legen. Außerdem sollen Konzepte untersucht werden, die zu Verarmungs-Mode-Transistoren (normally-off-Betrieb) in Kombination mit der Apertur führen. Zum vollen Verständnis der Möglichkeiten und Grenzen dieses neuartigen Konzepts hinsichtlich Hochspannungs-Betrieb werden umfangreiche strukturelle und elektrische Charakterisierungsarbeiten durchgeführt. Dieses Arbeitsprogramm wird gemeinsam von Forschungsgruppen der Universitäten Ulm und Freiburg und dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF, Freiburg) geplant und durchgeführt. Dadurch kann die einschlägige fundierte Expertise dieser Gruppen hinsichtlich Epitaxie, Bauelement-Prozessierung, Modellierung und Charakterisierung bestmöglich eingebracht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen