Hydrid-Gasphasenepitaxie von versetzungsarmen und freistehenden GaN-Schichten

{"ID":4009647,"post_title":"Hydrid-Gasphasenepitaxie von versetzungsarmen und freistehenden GaN-Schichten","title":"Hydrid-Gasphasenepitaxie von versetzungsarmen und freistehenden GaN-Schichten","post_content":"Diese Arbeit beschreibt die Herstellung von versetzungsreduzierten und freistehenden GaN-Schichten auf der Basis der Selbstabl\u00f6sung von einem Fremdsubstrat. Die wesentlichen Teilaspekte dabei sind das Wachstum dicker GaN-Schichten mittels Hydridgasphasenepitaxie (HVPE), Massnahmen zur Reduktion der Versetzungsdichte und die Abl\u00f6sung der Epitaxieschicht vom Fremdsubstrat. F\u00fcr das GaN-Wachstum stand ein horizontaler HVPE-Reaktor der Firma Aixtron zur Verf\u00fcgung, der f\u00fcr die Abscheidung von dicken Schichten > 50 ?m in der Ausgangskon?guration zun\u00e4chst nur bedingt geeignet war, da aufgrund der Reaktorgeometrie starke parasit\u00e4re Abscheidung im gesamten Reaktorrohr beobachtet werden konnten. Auf der Basis von Simulationsrechnungen (in Zusammenarbeit mit dem Anlagenhersteller) und eigenen Str\u00f6mungsversuchen wurden \u00e4nderungen der Reaktorgeometrie vorgenommen, die zu deutlich geringeren parasit\u00e4ren Abscheidungen und einer verbesserten Abscheidungshomogenit\u00e4t f\u00fchrten. F\u00fcr den Schutz der Quarzteile im Substratbereich des Reaktors wurden Abdeckungen aus pyrolytischem Bornitrid (pBN) entwickelt, so dass insgesamt die Abscheidung von GaN-Schichten mit einer Dicke von mehreren hundert ?m in diesem Reaktortyp m\u00f6glich wurde. Umfangreiche Versuche zur Optimierung der Wachstumsbedingungen erm\u00f6glichten die Abscheidung von rissfreien GaN-Schichten bis zu einer Dicke von 20 ?m auf GaN\/Saphir-Startschichten, die mittels MOVPE (metallorganische Gasphasenepitaxie) in einem Mehrscheibenreaktor hergestellt wurden. Eine weitere Erh\u00f6hung der Schichtdicke f\u00fchrte allerdings zur Rissbildung in der GaN-Schicht und teilweise auch zum Bruch des Saphirsubstrats. Zur Reduktion der Versetzungsdichte wurde das Verfahren des Lateralen Epitaktischen \u00fcberwachsens (ELOG) angewendet. Diese Massnahme f\u00fchrte auch zu einer reduzierten Rissbildung und erm\u00f6glichte eine Schichtdicke bis ca. 50 ?m. Durch den \u00fcbergang von einer streifenf\u00f6rmigen Maskengeometrie hin zu einer isotropen Maskengeometrie mit hexagonal angeordneten \u00f6ffnungen wurde die rissfreie Abscheidung von GaN-Schichten bis zu einer Dicke von 200 ?m m\u00f6glich. Aufgrund der tensilen Verspannung der ELOG-Schicht, die bei der Koaleszenz und w\u00e4hrend des Wachstums eingebaut wird, kam es allerdings bei noch dickeren Schichten zur Rissbildung und infolge der thermisch induzierten Verspannung beim Abk\u00fchlen zum Bruch des heteroepitaktischen Schichtpakets. Um der Rissbildung durch die tensile Schichtverspannung entgegen zu wirken, wurden Untersuchungen zu alternativen Maskenmaterialien untersucht. Diese sollten im Gegensatz zu den bisher verwendeten Materialien SiO2 und SiN x als Sollbruchstelle f\u00fcr die Abl\u00f6sung der \u00fcberwachsenen GaN-Schicht fungieren und durch die Abl\u00f6sung zum Abbau der Grenz?\u00e4chenverspannung f\u00fchren. Da die katalytische Wirkung von Wolfram und Titan auf das Wachstum von GaN aus der Literatur beIkannt ist, wurden Wolframsilizid (WSi), Wolframsilizidnitrid (WSiN) und Titannitrid (TiN) als m\u00f6gliche Maskenmaterialien untersucht. Dabei ging WSiN als geeignetes Material hervor, da hiermit die Selbstabl\u00f6sung vollst\u00e4ndiger und rissfreier GaN-Schichten mit Dicken zwischen 400 ?m und 640 ?m und einem Durchmesser von 50 mm demonstriert werden konnte. Allerdings wiesen diese Schichten nach der Abl\u00f6sung eine starke konkave Restverkr\u00fcmmung mit Kr\u00fcmmungsradien zwischen 25 cm und 70 cm auf, die einer Weiterverarbeitung (Politur, Bauelementepitaxie) entgegen steht. Im Zuge der Verbesserung von Ausbeute und Restverkr\u00fcmmung wurde daher die Abh\u00e4ngigkeit der Restverkr\u00fcmmung von den Wachstumsbedingungen und von verschiedenen hexagonalen Maskengeometrien mit unterschiedlichen GaN:WSiN-Fl\u00e4chenverh\u00e4ltnissen untersucht und deren Ein?uss auf die reproduzierbare Abl\u00f6sung rissfreier Schichten ausgewertet. Ein eindeutiger Ein?uss der Maskengeometrie und der Wachstumsbedingungen auf die Reproduzierbarkeit und die Restverkr\u00fcmmung der abgel\u00f6sten Schichten liess sich dabei allerdings nicht beobachten. Zur Verbesserung der Schichteigenschaften in Bezug auf die Restverkr\u00fcmmung der abgel\u00f6sten GaN-Schichten und zur Erh\u00f6hung der Ausbeute wurden mehrere verschiedene Ans\u00e4tze realisiert. Dazu geh\u00f6rte unter anderem das Wachstum auf GaN\/SiC-Templates, die bei Wachstumstemperatur konvex verkr\u00fcmmt sind und damit die konkave Verkr\u00fcmmung der ELOG-Schicht zumindest teilweise ausgleichen sollten. Dabei liess sich allerdings weder eine geringere Restverkr\u00fcmmung noch eine verbesserte Abl\u00f6sung beobachten. Stattdessen ergab sich f\u00fcr das Wachstum auf SiC-Substraten eine kritische Gesamtschichtdicke (> 200 ?m); die eine Erh\u00f6hung der GaN-Schichtdicke dar\u00fcber hinaus verhinderte. Im Gegensatz dazu f\u00fchrte der Einsatz einer neuen Maskengeometrie auf GaN\/Saphir-Startschichten zu einer signi?kant geringeren Restverkr\u00fcmmung bei gleichzeitig verbesserter Reproduzierbarkeit bei der Abl\u00f6sung. Weitere Untersuchungen beinhalteten die Reduktion der Versetzungsdichte durch die Abscheidung von in-situ SiN x -Schichten, die R\u00fcckseitenbeschichtung von Startsubstraten zur Manipulation der Verkr\u00fcmmung bei Wachstumstemperatur und die Skalierung auf Waferdurchmesser > 50 mm. Insgesamt wurden Bedingungen zum Wachstum dicker GaN-Schichten entwickelt, welche durch die Verwendung hexagonaler ELOG-Maske aus WSiN gegen\u00fcber dem Startsubstrat versetzungsreduziert sind und sich w\u00e4hrend des Wachstums oder beim Abk\u00fchlen selbst\u00e4ndig vom Startsubstrat separieren. Als Ergebnis der Arbeit stehen somit freistehende GaN-Wafer zur Verf\u00fcgung, die als Grundlage f\u00fcr das Wachstum von dicken GaN-Einkristallen dienen k\u00f6nnen. Diese Einkristalle werden ebenfalls mit HVPE hergestellt, erfordern jedoch ein anderes Reaktordesign.","image":"https:\/\/images.thalia.media\/00\/-\/be49165871fd412d81a213af02638641\/hydrid-gasphasenepitaxie-von-versetzungsarmen-und-freistehenden-gan-schichten-taschenbuch-christian-hennig.jpeg","url":"https:\/\/www.vergleiche.ch\/unterhaltung\/product\/hydrid-gasphasenepitaxie-von-versetzungsarmen-und-freistehenden-gan-schichten\/","min_price":41.89999999999999857891452847979962825775146484375,"low_price_merchant_id":70254503,"deeplink":"https:\/\/www.awin1.com\/pclick.php?p=33499468911&a=401125&m=13971&pref1=9783869558226","ean":9783869558226,"brand":"undefined"}