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Hydrid-Gasphasen-Epitaxie zur Herstellung von GaN-Substraten geringer Krummung

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In der hier vorliegenden Arbeit wurde das Wachstum von dicken GaN-Schichten mittels der Hydrid-Gasphasen-Epitaxie zur Herstellung von GaN-Substraten untersucht. Neben der Entwicklung eines Separationsprozesses zur Trennung von Substrat und GaN-Schicht lag ein weiterer Schwerpunkt in Untersuchungen zum Verstandnis der Restverkrummung freistehender GaN-Wafer. Zunachst wurden die Limitierungen des verwendeten kommerziellen horizontalen Aixtron-Reaktors so weit verbessert, dass reproduzierbar Schichtdicken im Bereich von 1mm abgeschieden werden konnten. Dies gelang hauptsachlich durch Anbringen von Molybdan-Blechen an den Auslassdusen des Showerheads der Gallium-Quelle. Zur Abtrennung des Fremdsubstrates von der GaN-Schicht wurden daraufhin verschiedene Ansatze verfolgt. Ein Ansatz war das Wachstum auf Silizium-Substraten, da diese eine einfache Entfernung durch nass-chemische Atzprozesse versprechen. Hierbei musste jedoch festgestellt werden, dass die Probleme des Meltback-Etching in der HVPE wesentlich starker in Erscheinung treten, als dies beim Wachstum von GaN auf Silizium in der MOVPE der Fall ist. Wie die durchgefuhrten Experimente ergaben, muss die freie Silizium-Oberflache vor dem HVPE-Prozess vollstandig passiviert werden. Entsprechende Techniken zu Nitridierung bzw. Oxidation waren allerdings nicht erfolgreich. Zudem kommt es beim Wachstum dicker GaN-Schichten auf Silizium zu sehr großen Verspannungen, welche in einer starken Rissbildung resultieren. Diese Problemfelder fuhrten zu der Schlussfolgerung, dass das Wachstum dicker GaN-Schichten mittels HVPE auf Silizium-Templates nicht sinnvoll ist. Im Anschluss wurde das Konzept einer ZnO-Opferschicht eingefuhrt, welche in situ im HVPE-Prozess entfernt werden kann. Dies versprach zunachst klare Vorteile, da Unterschiede im thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Substrat und GaN nicht mehr von Bedeutung sind. Allerdings ist ZnO in der typischen GaN Wachstumsatmosphare nicht sehr stabil. Es wurde zunachst ein Prozess fur die MOVPE entwickelt um dennoch GaN auf ZnO-Schichten abscheiden zu konnen. Es zeigte sich, dass die Temperatur stark reduziert und auf Wasserstoff im Tragergas zu Prozessbeginn verzichtet werden muss. Mit einem Mehrstufenprozess gelang es, geschlossene GaN-Schichten auf ZnO zu erzeugen. Im Anschluss wurde das HVPE-Wachstum auf diesen Templates optimiert. Auch hier muss die Temperatur zunachst abgesenkt werden, um eine ausreichende Stabilitat des ZnO zu gewahrleisten. Bei erhohter GaN-Schichtdicke kann dann die ZnO-Schicht in situ im HVPE-Prozess entfernt werden. Dies gelingt durch Zugabe von H2, Erhohung des NH3-Flusses und der Temperatur. Nach der Entfernung der ZnO-Schicht kann das GaN-Wachstum auf freistehenden Schichten fortgesetzt werden. Es konnte gezeigt werden, dass das Konzept der ZnO-Opferschicht funktioniert und damit freistehende GaN-Schichten erzielt werden konnen. Die Qualitat der abgelosten GaN-Schichten, insbesondere auch deren Krummung, war jedoch nicht zufriedenstellend. Der Ansatz wurde daraufhin zugunsten dem Wachstum auf Saphir-Substraten nicht weiter verfolgt. Die besten Ergebnisse bzgl. der Schichtqualitat wurden beim Wachstum auf Saphir-Substraten und anschließender Selbstseparation durch thermische Krafte erzielt. Als Separationsschicht, welche fur einen reproduzierbaren Prozess notwendig ist, wurden verschiedene in situ-abscheidbare Zwischenschichten untersucht. Jedoch konnte weder mit Niedertemperatur-Zwischenschichten noch einer in situ-SiN-Maske eine definierte Separation erzielt werden. InGaN-Schichten ermoglichten eine gute Abtrennung, allerdings ergab sich eine verschlechterte Verspannungssituation beimWachstum, was in einem starken Rissnetzwerk der abgelosten Schicht resultierte.


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Product Details
  • ISBN-13: 9783954041541
  • Binding: Paperback
  • Language: German
  • Width: 255 mm
  • ISBN-10: 3954041545
  • Height: 210 mm
  • Weight: 11 gr

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