Arbeitsgruppe Galliumnitrid - Überblick

Galliumnitrid (GaN) ist ein Basismaterial für die Optoelektronik und die hochfrequente Leistungselektronik.

Das Fehlen kostengünstiger GaN-Massivkristalle als Substrate für die Homoepitaxie führt zur Suche nach Züchtungsmethoden, die eine Alternative zur haliden Gasphasenepitaxie (HVPE) auf Saphir oder zu den Lösungszüchtungsmethoden, wie Natriumflux- oder Ammonothermalzüchtung, darstellen.

Die Natriumflux- oder Ammonothermalzüchtung haben das Potenzial, die Anforderungen an eine kostengünstige Substratproduktion zu erfüllen, sind aber noch weit von der industriellen Massenproduktion entfernt. Dagegen sind HVPE–Substrate defektreich und zeigen eine geringe Effizienz der Umwandlung der Quellmaterialien.

Wir erforschen die Züchtung von Galliumnitrid aus der gesteuerten pseudohaliden Gasphasenepitaxie (PHVPE). Zu diesem Zweck haben wir einen neuartigen Reaktor entwickelt, in dem Cyanid-Ionen als chemisches Transportmittel die Aufgabe der Chlorid-Ionen übernehmen.

Im DFG-Projekt QuartzGaN wird in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Berlin die kontrollierte C-Dotierung bei der Reaktion von GaCN mit Ammoniak untersucht, um semi-isolierende GaN-Schichten herzustellen.

Schlüsselpublikationen

K. Kachel, D. Siche, S. Golka, P. Sennikov, M. Bickermann
FTIR Exhaust Gas Analysis of GaN Pseudo-Halide Vapor Phase Growth.
MATER CHEM PHYS 177 (2016) 12  -18
doi:10.1016/j.matchemphys.2016.03.010

K. Jacobs, D. Siche, D. Klimm, H.-J. Rost, D. Gogova
Pseudohalide Vapour Growth of Thick GaN Layers.
J CRYST GROWTH 312 (2010) 750 - 755
doi:10.1016/j.jcrysgro.2009.12.055

R. Zwierz, S. Golka, K. Kachel, D. Siche, R. Fornari, P. Sennikov, A. Vodopyanov, A.V. Pipa
Plasma Enhanced Growth of GaN Single Crystalline Layers from Ga Vapour.
CRYST RES TECHNOL 48  (2013) 186 - 192
doi:10.1002/crat.20120048

K. Kachel, M. Korytov, D. Gogova, Z. Galazka, M. Albrecht, R. Zwierz, D. Siche, S. Golka, A. Kwasniewski, M. Schmidbauer, R. Fornari
A New Approach to Free-Standing GaN Using β-Ga2O3 as a Substrate.
CRYSTENGCOMM 14  (2012) 8536-8540
doi: 10.1039/C2CE25976A

Arbeitsgruppe Galliumnitrid - Methoden

  • numerische Simulation des Züchtungsprozesses zur Optimierung der thermischen Felder und Gasflüsse mit VirtualReactor©
  • katalytische Synthese des HCN-Trägergases aus Ammoniak und Methan (Degussa-Prozess) in einem vorgelagerten Reaktor unter Berücksichtigung von Sicherheitsbedingungen
  • in der Ga-Quelle Reaktion zu GaCN und Gasphasentransport zum Wachstumsraum
  • dort Reaktion mit NH3 zu kohlenstoffdotiertem GaN:C und dessen Abscheidung auf verschiedenen Substraten bei 1050°C
  • in-situ Abgasanalyse mittels FTIR-Spektroskopie zur Optimierung der Wachstumsatmosphäre
  • Analyse der Schichten mit mikroskopischen, elektronenmikroskopischen, optischen und elektrischen Methoden

Arbeitsgruppe Galliumnitrid - Publikationen

K. Kachel, D. Siche, S. Golka, P. Sennikov, M. Bickermann
FTIR Exhaust Gas Analysis of GaN Pseudo-Halide Vapor Phase Growth.
MATER CHEM PHYS 177 (2016) 12  -18
doi:10.1016/j.matchemphys.2016.03.010

O.B. Gadzhiev, P.G. Sennikov, A.I. Petrov, D. Gogova, D. Siche
Gas-Phase Reactions regarding GaN Crystal Growth in Carbon Based Transport System. A Quantum Chemical Study.
CRYST GROWTH DES 13 (2013) 1445 - 1457
doi:10.1021/cg3014738

R. Zwierz, S. Golka, K. Kachel, D. Siche, R. Fornari, P. Sennikov, A. Vodopyanov, A.V. Pipa
Plasma Enhanced Growth of GaN Single Crystalline Layers from Ga Vapour.
CRYST RES TECHNOL 48  (2013) 186 - 192
doi:10.1002/crat.20120048

K. Kachel, M. Korytov, D. Gogova, Z. Galazka, M. Albrecht, R. Zwierz, D. Siche, S. Golka, A. Kwasniewski, M. Schmidbauer, R. Fornari
A New Approach to Free-Standing GaN Using β-Ga2O3 as a Substrate.
CRYSTENGCOMM 14  (2012) 8536-8540
doi: 10.1039/C2CE25976A

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