Heteroepitaktisches Wachstum von GaN auf Diamant-Substraten mit Hoher Thermischer Leitfähigkeit

• Antragsteller: Dr. Alexander Hinz
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 414001775

Seit Durchbrüchen im Bereich der Abscheidung von einkristallinen GaN-Filmen in den 1980erJahren, hat sich der direkte Halbleiter GaN zu einem der wichtigsten Halbleiter für industrielle Anwendungen entwickelt. Ohne ihn wäre die Entwicklung der heutzutage allgegenwärtigen Leuchtdioden nicht möglich gewesen. GaN ist aber nicht nur für die Anwendung als Leuchtdiode sondern auch für den Einsatz als Leistungshalbleiter, insbesondere für hohe Schaltfrequenzen geeignet. Allerdings stoßen diese Bauelemente bei hohen Leistungsdichten an ihre Grenzen. Der unzureichende Abtransport der Wärme aus dem aktiven Bereich des Bauelementes begrenzt die maximale Leistungsdichte. Zur Erhöhung der Leistungsdichte bzw. zur Verbesserung der Zuverlässigkeit der Bauelemente ist es daher von großem Interesse den Wärmetransport aus dem aktiven Bereich der Bauelemente zu verbessern. Das Ziel diese Projektes ist es dies durch die direkte Abscheidung von GaN auf Diamant-Substrate zu erreichen. Im ersten Teilabschnitt des Projektes werden GaN-Filme auf Diamant-Einkristalle abgeschieden, um die optimalen Abscheidebedingungen zu bestimmen. Da selbst synthetische Diamant-Einkristalle teuer und somit nur für Nischenanwendungen interessant sind, wird im zweiten und wichtigsten Teil des Projektes das Hauptziel darin bestehen einkristalline GaN-Filme auf polykristalline Diamant-Filme abzuscheiden. Dazu wird es notwendig sein durch eine gezielte Vorbehandlung der Diamant-Filme und eine geeignete Wahl der Abscheidebedingungen die Nukleation der GaN-Schicht so zu beeinflussen, dass sich GaN-Keime nur auf Diamant-Kristalliten mit derselben Orientierung bilden. Die GaN-Keime wachsen anschließend zu einem geschlossenen einkristallinen Film zusammen. Im dritten, und letzten, Teilabschnitt des Projektes soll die Skalierbarkeit des entwickelten Prozesses demonstriert werden. Dazu wird der entwickelte Prozess auf 6“ bzw. 8“ Si-Wafer, die mit polykristallinen Diamant-Filmen beschichtet sind, übertragen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeberin: Dr. Rachel Oliver