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Aluminiumnitrid-Substrate

Einkristallines Aluminiumnitrid (AlN) ist ein vielversprechender Werkstoff für zahlreiche moderne Anwendungen in der Mikro- und Optoelektronik. Zu seinen herausragenden Eigenschaften gehören eine große Bandlücke, hohe Wärmeleitfähigkeit und chemische Stabilität. Dadurch eignet es sich für Anwendungen in der Optoelektronik (UV-C Leuchtdioden (LED)s) zur Desinfektion und Metrologie, in der Leistungselektronik (´High Electron Mobility Transistor` (HEMT) zur Elektromobilität, in der Hochfrequenztechnik zur drahtlosen Kommunikation (HEMT und ´surface acoustic wave` (SAW) Filter) und in der Hochtemperatursensorik  (Thermo- und Piezoelemente) zur Temperatur- bzw. Kraftmessung in Hochtemperaturprozessen.

Die hohe Gitteranpassung einkristalliner AlN Substrate hin zu funktionalen, Al-reichen AlGaN Schichten erlaubt die Herstellung hochqualitativer AlN / AlGaN Heterostrukturen, die von zentraler Bedeutung für die Leistungsfähigkeit der obigen Bauteile in den diversen Anwendungen sind.

Wir haben Verfahren und Technologien für die Herstellung von AlN-Substraten mit geringer Versetzungsdichte, hoher UV-Transparenz und hoher Oberflächenqualität entwickelt. Epi-ready einkristalline Wafer sind gemäß den Spezifikationsblättern in verschiedenen Qualitätsstufen vom IKZ beziehbar zu Forschungszwecken bzw. für die Technologieentwicklung.

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Dr. Maike Schröder

Tel. +49 30 6392 3008

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  • Große Bandlücke (6,2 eV)
  • Hohe UV-Transparenz bei 265 nm und 230 nm
  • Hohe Wärmeleitfähigkeit (170-230 W/mK)
  • Ähnlicher Wärmeausdehnungskoeffizient wie Si
  • Hohe chemische Stabilität
  • Hohe kritische Feldstärke

Density 3.2
Bandgap Width [eV] 6.2
Thermal Conductivity [W/cmK] 3.0
Resistivity [Ohmcm] 1013
Dielectric Constant 8.5
Breakdown Field Strength [MV/cm] 14
Thermal Expansion Coefficient [1/K] 4.5*106


Das IKZ bietet semi-isolierende Al-polare [0001] AlN-Substrate mit 10 mm Durchmesser und hoher kristalliner Qualität an - die typische Versetzungsdichte liegt bei 104 cm-2.

Die Substrate sind für das Wachstum von AlN/AlGaN-Epitaxie-Schichten für optoelektronische Anwendungen (UVC-LEDs, LDs) optimiert. D. h. konkret, dass die Substrate mit einer maßgeschneiderten Fehlorientierung (<= 0.3°) für optimales AlGaN-Stufenwachstum präpariert und bei der mechanischen Bearbeitung entstehende Defektschichten mit einem am IKZ entwickelten chemisch-mechanischen Polierprozess (Ra < 0.1 nm) entfernt werden. 

Bei Bedarf können auch Substrate mit einer geringen Absorption bei niedrigen Wellenlängen und insbesondere bei der für die Desinfektionsanwendungen verwendeten Wellenlänge von 265 nm angeboten werden.

Auf Anfrage stellt das IKZ typische Charakterisierungsdaten zur Verfügung und berät bei der anforderungsspezifischen Auswahl von Substrateigenschaften.

  • Optoelektronik
    UV-C Leuchtdioden (LED) zur Desinfektion und Metrologie, sowie UV-Laserdioden (LD)
  • Leistungselektronik
    ´High Electron Mobility Transistor` (HEMT) zur Elektromobilität,
  • Hochfrequenztechnik
    ´High Electron Mobility Transistor` (HEMT) und ´surface acoustic wave` (SAW) Filter zur drahtlosen Kommunikation
  • Hochtemperatursensorik
    Thermo- und Piezoelemente zur Temperatur- bzw. Kraftmessung in Hochtemperaturprozessen.

A. Dittmar, C. Hartmann, J. Wollweber, M. Bickermann:
(Sc, Y):AlN Einkristalle für Gitter-angepasste AlGaN Systeme;
DE102015116068A1