Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy - Erneuerung

• Fachliche Zuordnung: Elektrotechnik und Informationstechnik
• Förderung: Förderung in 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 584479961

Die Nitrid-Halbleiterfamilie (AlGaN/InGaN) entwickelt sich neben Silizium-CMOS zunehmend zu einer zweiten relevanten Säule der Mikroelektronik. In AlGaN/InGaN-Bauelementen führt jedoch die große Gitterfehlpassung von InN, AlN und GaN auch heute noch zu Einschränkungen hinsichtlich der Epitaxie und des Designs von Bauelementen. AlScN ermöglicht einen vielversprechenden neuen Weg zu spannungsoptimierten Bauelementstrukturen. Darüber hinaus ist AlScN ferroelektrisch und weist hohe elektrooptische Koeffizienten auf, was für optische Modulatoren und nichtflüchtige Speicher interessant ist. Dies eröffnet völlig neue Möglichkeiten für die Integration von optischen, elektronischen und ferroelektrischen Funktionalitäten in Nitrid-Bauelementen. Während mit dem MBE-Wachstum (Molekularstrahl-Epitaxie) von AlScN vielversprechende Ergebnisse für AlScN erzielt wurden, werden mit der für die Produktion relevanten metallorganischen Gasphasenepitaxie (MOVPE) bisher nur sehr niedrige Wachstumsraten erreicht. Grund ist der niedrige Dampfdruck der Sc-Precursor, die höhere Bubbler-Temperaturen führen zu Kondensation in den Zuführen und im Reaktor und erfordern geheizte Gaszuführungen und geeignete Reaktor-Designs. Herkömmliche MOVPE-Systeme sind dafür ungeeignet. Hier beantragt wird die Erweiterung eines bestehenden MOVPE-Systems um zwei zusätzliche, geheizte Gaslinien für die Epitaxie von AlScN und verwandter Materialien (Y, Nb), die Precursor mit niedrigem Dampfdruck erfordern. Ziel ist die Integration von AlScN und AlScInN in bestehende Halbleiter-Schichtstrukturen und die Entwicklung neuartiger Ansätze für optoelektronische und leistungselektronische Bauelemente. Die Erneuerung der MOVPE-Elektronik wird eine bessere Prozesskontrolle ermöglichen und durch die Nachrüstung auf aktuelle IT-Standards die langfristige Operabilität sicherstellen. Dabei ist die Anlage besonders gut für die Epitaxie qualitativ hochwertiger Laserstrukturen geeignet und wird die Forschung im Bereich der GaN-Laserdioden beschleunigen. Die Waag-Gruppe konnte kürzlich eine erste DFB-Laserdiode realisieren und arbeitet derzeit an der Entwicklung vertikal emittierender Laserdioden unter Verwendung von photonischen Kristallen: Photonic Crystal Surface Emitting Lasers (PCSEL). PCSEL gelten als „ideale“ Laserstrukturen: vertikal emittierend, ohne Größenbeschränkungen, einfach in der Chipverarbeitung und sowohl für Laserarrays als auch für Hochleistungslaserchips einsetzbar. Es konnten bereits photonischen Kristalle eingebettet in eine GaN Matrix entwickelt werden, die nun als Ausgangsbasis für die Epitaxie von Laserstrukturen dienen werden. Die Aufrüstung des MOVPE-Systems wird es ermöglichen, einen stabilen, gut kontrollierten Wachstumsprozess für Laserdioden zu etablieren, um neuartige Laserstrukturen kompetitiv weiter zu erforschen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy - Upgrade
• Gerätegruppe: 0910 Geräte für Ionenimplantation und Halbleiterdotierung
• Antragstellende Institution: Technische Universität Braunschweig
• Leiter: Professor Dr. Andreas Waag