HFETs auf der Basis von InGaN/InN-Heterostrukturen für Hochfrequenzanwendungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Wachstum von Schichten von dem binären Verbindungshalbleiter Indiumnitrid (InN) und der ternären Verbindung Indium-Gallium-Nitrid (InGaN) mit geringem Gallium Anteil hat in der jüngsten Vergangenheit grosse Bedeutung und Interesse gewonnen. Für InN sind mit einer Bandlücke von knapp 0.7eV und einer kleinen effektiven Elektronenmasse sehr hohe Ladungsträgerbeweglichkeiten zu erwarten. Diese Eigenschaft in Verbindung mit den anderen Vorzügen der sogenannten Gruppe-III-Nitride wie chemische Inertheit oder Strahlungsfestigigkeit lässt InN ideal erscheinen als Material des Leitungskanals von HEMT oder bipolaren Strukturen. Diese Vorzüge haben sich aufgrund der bisher schlechten Schichtqualität sowie der noch nicht gut verstandenen starken Elektronenanreicherung in InN Schichten realisieren lassen. In diesem Projekt sollten InN Schichten in Hinblick auf elektronische Anwendungen optimiert werden. Es wurde in enger Zusammenarbeit zwischen J. Graul (Antragsteller, LFI, Universität Hannover und A. Hangleiter (lAP, TU Braunschweig) durchgeführt. Die InN-Schichten wurden unter Zuhilfenahme von metallorganischer Molekularstrahlepitaxie (MOMBE) auf c-FIächen orientierten Saphir epitaktisch aufgewachsen. Die MOMBE erlaubt es, die Vorteile metallorganischer Quellen mit den sehr gut kontrollierten Bedingungen des Ultrahochvakuums zu verbinden und insbesondere bei sehr niedriger Temperatur Schichten mit definiertem V/III-Verhältnis herzustellen. Hier wurden Schichten mit Dicken im Bereich von 300 - 1000 pm bei Temperaturen von 450-510°C auf einer Niedrigtemperatur InN-Nukleationsschicht hergestellt. Als entscheidender Qualitätsfaktor wird die Keimbildung und das Anwachsen der InN Schicht auf das Substrat angesehen. Anhand hochauflösender Röntgenbeugung wurde gezeigt, dass die gewachsenen InN-Schichten mit Rocking-Halbwertsbreiten symmetrischer (0002) sowie asymmetrischer (1015) Reflexionen zu Werten bis zu 400 Bogensekunden eine gute Kristallqualität aufweisen. Eine ausgeprägte Stufenstruktur mit einer guten Morphologie wurde durch AFM Messungen gefunden. Die gewachsenen Schichten enthielten wenig freies Indium (< 0.2 %). Die elektrischen Daten gemessen mit einem Hall-Aufbau sind gut: Geschlossene Schichten mit ausgeprägtem lateralem Wachstum wiesen Ladungsträgerbeweglichkeiten von bis zu 800 cmWs und freie Elektronendichten im oberen 10^18 cm^-3 Bereich auf und zeigen damit für derartige Elektronenkonzentrationen im internationalen Vergleich typische Beweglichkeiten. Aufbauend auf den InN-Wachstum wurden InN/InGaN-Heterostrukturen realisiert, bei denen die obere InOaN-Schicht ca. 30-70 nm Dicke sowie einen Ga-Gehalt von max. 11% aufwies. Damit sind wesentliche Voraussetzungen für die weitere Entwicklung von Schichtstrukturen für Elektronik-Anwendungen geschaffen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Photoluminescence and Raman study of hexagonal InN and In-rich InGaN alloys. phys. stat. sol. (b),( 2003), 240
V.Y. Davydov, A.N. Smirnov, I.N. Goncharuk, A.V. Sakharov, D.A. Kurdyukov, M.V. Baidakova, V.A. Vekshin, S.V. Ivanov, J. Aderhold, J. Graul, A. Hashimoto, A.Yamamoto, A.A. Klochikhin and V.V. Emtsev
- MOMBE epitaxial growth of InN on (0001) Sapphire GaN template or LT InN layer. Frühjahrstagung des Arbeitskreises Festkörperphysik der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG), Regensburg März 2007, Poster
J. Hisek, U. Rossow, H. Bremers, D. Fuhrmann, J. Aderhold, J. Graul, and A. Hangleiter
- Growth of InN and InGaN/InN heterostructures for electronic device applications. Frühjahrstagung des Arbeitskreises Festkörperphysik der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG), Beriin Februar 2008, Poster
J. Hisek, H. Bremers, U. Rossow, J. Aderhold, J. Graul, and A. Hangleiter
