AlScN als neuartiges Barrierenmaterial für GaN-basierende HF-Transistoren

• Antragsteller: Professor Dr. Oliver Ambacher; Professor Dr. Michael Fiederle
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 282194324

Wurtzitische III-Nitride-Halbleiter (InN, GaN, AlN) gehören nach dem Silizium zu den wichtigsten Halbleitern in der Elektronikindustrie. Dabei sind insbesondere elektronische Bauelemente für eine moderne Informations- und Kommunikationstechnologie stark von der Polarisation bzw. deren Differenzen in Heterostrukturen abhängig. So ist eine Erhöhung des Polarisationsgradienten in III-N/GaN-Heterostrukturen notwendig, um niedrigere Schichtwiderstände zu erhalten, stößt aber durch die gleichzeitig ansteigende Gitterfehlanpassung und Defektbildung an Grenzen.Im Zentrum des vorliegenden Projekts stehen deshalb Untersuchungen und Materialentwicklungen zum neuartigen und bisher wenig erforschten Materialsystem Al(Ga)ScN als Barrierenmaterial für ein viel versprechendes Konzept für GaN-Transistoren. AlScN ist bei einem Sc-Anteil von ca. 18% gitterangepasst zu GaN und kristallisiert in der gleichen Wurtzitstruktur wie GaN. Durch Einbau von Ga in quarternären AlGaScN-Barrieren ist der Bereich gitterangepassten Wachstums erweiterbar. Theoretische Betrachtungen belegen die Eignung des Materials für Transistorstrukturen, aber der experimentelle Beweis steht noch aus.Mit dem vorgeschlagenen Projekt soll erreicht werden: (i) durch Molekularstrahlepitaxie einkristalline Al(Ga)ScN-Schichten herzustellen, um daran (ii) relevanter Materialparameter zu bestimmen. Darauf aufbauend werden (iii) Heterostrukturen modelliert und (iv) geeignete Designs für HF-Transistoren erarbeitet. Diese Transistorstrukturen werden (v) mit gezielt verspannter AlScN-Barriere aufgewachsen und daraus (vi) Transistorbauelementen realisiert. Abschließend erfolgt (vii) eine Bewertung des Potentials des Transistorkonzeptes, das bei Erfolg des Projektes im Anschluss zu markttauglichen Hochfrequenzbauelementen weiterentwickelt werden soll.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen