Materialaspekte der Hydridgasphasenepitaxie von Aluminiumgalliumnitrid
von Simon FleischmannDiese Arbeit bearbeitet grundlegende Probleme bei der Abscheidung von AlGaN mittels Hydridgasphasenepitaxie (HVPE). Die Ergebnisse eröffnen die Möglichkeit, dicke AlGaN-Schichten mittels HVPE als Substrate für AlGaN-basierte Bauelemente herzustellen.
Beim lateralen Überwachsen von strukturierten Saphirsubstraten zum Spannungsabbau entstehen unerwünschte fehlorientierte Kristallite, welche die Koaleszenz der AlGaN-Schicht verzögern. Untersuchungen dieser Domänen ermöglichen es, ein Modell zur Nukleation und Propagation dieser AlGaN-Domänen zu entwickeln. Damit kann eine neuartige trigonale Saphirstrukturierung entwickelt werden, die es erlaubt, die Bildung fehlorientierter Kristallite zu unterdrücken und deren Propagation zu blockieren. Auf diese Weise lassen sich AlGaN-Schichten mit erhöhter Materialqualität abscheiden.
Weiter wird der Wirkmechanismus der AlN-Pufferschicht untersucht, um die Materialqualität der AlGaN-Schichten zu erhöhen. Die Verwendung eines Kompositionsgradienten wird erfolgreich evaluiert. Durch gezieltes Einbringen kompressiver Spannung gelingt es, den Spannungszustand in der AlGaN-Schicht zu kontrollieren. Eine Quelle tensiler Spannung – die hohe Hintergrunddotierung mit Silizium – kann einer parasitären Reaktion zugeordnet werden. Diese lässt sich durch Substitution des Reaktormaterials unterbinden. Dadurch kann die Versetzungsdichte über die Schichtdicke reduziert werden, ohne weitere tensile Spannung in AlGaN-Schichten zu erzeugen. Dies wiederum ist ein maßgeblicher Mechanismus für die Herstellung defektreduzierter Schichten, die als Substrate eingesetzt werden können.
Beim lateralen Überwachsen von strukturierten Saphirsubstraten zum Spannungsabbau entstehen unerwünschte fehlorientierte Kristallite, welche die Koaleszenz der AlGaN-Schicht verzögern. Untersuchungen dieser Domänen ermöglichen es, ein Modell zur Nukleation und Propagation dieser AlGaN-Domänen zu entwickeln. Damit kann eine neuartige trigonale Saphirstrukturierung entwickelt werden, die es erlaubt, die Bildung fehlorientierter Kristallite zu unterdrücken und deren Propagation zu blockieren. Auf diese Weise lassen sich AlGaN-Schichten mit erhöhter Materialqualität abscheiden.
Weiter wird der Wirkmechanismus der AlN-Pufferschicht untersucht, um die Materialqualität der AlGaN-Schichten zu erhöhen. Die Verwendung eines Kompositionsgradienten wird erfolgreich evaluiert. Durch gezieltes Einbringen kompressiver Spannung gelingt es, den Spannungszustand in der AlGaN-Schicht zu kontrollieren. Eine Quelle tensiler Spannung – die hohe Hintergrunddotierung mit Silizium – kann einer parasitären Reaktion zugeordnet werden. Diese lässt sich durch Substitution des Reaktormaterials unterbinden. Dadurch kann die Versetzungsdichte über die Schichtdicke reduziert werden, ohne weitere tensile Spannung in AlGaN-Schichten zu erzeugen. Dies wiederum ist ein maßgeblicher Mechanismus für die Herstellung defektreduzierter Schichten, die als Substrate eingesetzt werden können.