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

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 Verständnis der Restverkrümmung freistehender GaN-Wafer.

Zunächst wurden die Limitierungen des verwendeten kommerziellen horizontalen Aixtron-Reaktors so weit verbessert, dass reproduzierbar Schichtdicken im Bereich von 1mm abgeschieden werden konnten. Dies gelang hauptsächlich durch Anbringen von Molybdän-Blechen an den Auslassdüsen des Showerheads der Gallium-Quelle. Zur Abtrennung des Fremdsubstrates von der GaN-Schicht wurden daraufhin verschiedene Ansätze verfolgt. Ein Ansatz war das Wachstum auf Silizium-Substraten, da diese eine einfache Entfernung durch nass-chemische Ätzprozesse versprechen. Hierbei musste jedoch festgestellt werden, dass die Probleme des Meltback-Etching in der HVPE wesentlich stärker in Erscheinung treten, als dies beim Wachstum von GaN auf Silizium in der MOVPE der Fall ist. Wie die durchgeführten Experimente ergaben, muss die freie Silizium-Oberfläche vor dem HVPE-Prozess vollständig 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 führten zu der Schlussfolgerung, dass das Wachstum dicker GaN-Schichten mittels HVPE auf Silizium-Templates nicht sinnvoll ist.