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News | 01-05-2020

Defektarme MOVPE-Schichten auf chemisch-mechanisch-polierten AlN-Substraten demonstriert

Aluminiumnitrid (AlN)-basierte Ultraviolett (UV)-Technologien versprechen großes Anwendungspotential etwa im Bereich der Desinfektion, der Landwirtschaft und der Prozesstechnologie. Zum Beispiel könnten kompakte, integrierte UV Strahler hoher Intensität bei der Trinkwasserreinigung in entlegenen Gebieten sowie bei der Desinfektion von Oberflächen in Krankenhäusern und öffentlichen Räumen zur Anwendung kommen.

Im Rahmen des vom BMBF geförderten Konsortiums Advanced UV for Life entwickelt das IKZ Prozesse zur Herstellung von AlN-Kristallen und Substraten als Basis für die Herstellung von Leuchtdioden mit ultrakurzen Wellenlängen (UVC-LED). Ziel ist es, die aluminiumreichen AlxGa1-xN-Schichten, in denen die UV-Strahlung erzeugt wird, auf den AlN-Substraten epitaktisch aufzuwachsen. Durch die geringe Gitterfehlpassung und die dadurch erwarteten niedrigen Versetzungsdichten sollen niedrige, typischerweise durch nichtstrahlende Rekombination verursachte Verluste, realisiert werden. Dazu wird zuerst eine AlN-Schicht aufgewachsen, deren Qualität für die weiteren Schichten entscheidend ist.

Voraussetzung für das Wachstum defektarmer Epitaxie-Schichten sind neben einer geringen Versetzungsdichte in den Volumenkristallen auch eine exakte und über die gesamte Scheibe homogene Orientierung der Substrate sowie die Herstellung einer defektfreien Oberfläche durch geeignete Polierprozesse. Die zusammen mit dem Projektpartner Ferdinand-Braun-Institut (FBH) und der Gruppe von Prof. Kneissl an der TU Berlin ermittelte ideale Orientierung (0.2° verkippt zur Kristallachse) konnte mittels einer zusammen mit dem Projektpartner CrysTec GmbH entwickelten Bearbeitungs- und Mess-Technologie exakt eingestellt werden. Nach der Verwendung eines Standard-Prozesses zur chemisch-mechanischen Politur (CMP) sind noch Schädigungen unter der Oberfläche vorhanden, die zwar mit üblichen Oberflächencharakterisierungsmethoden nicht mehr erkennbar sind, aber in den mit metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) am FBH gewachsenen AlN-Schichten typische linienförmige Versetzungsanhäufungen generieren. [Abb. 1: links].

Man kann die Defektschicht vor der Epitaxie z. B. mittels Plasmaätzen (ICP) entfernen. [Abb. 1: rechts]. Mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) konnte nachgewiesen werden, dass diese Schädigungen bereits mit einem am IKZ optimierten CMP-Prozess vollständig entfernt werden können [Abb. 2].

In jedem Fall steht mit den defektarmen AlN-Epitaxie-Schichten auf exakt orientierten AlN-Substraten eine ideale Basis für Forschungsarbeiten zu aluminiumreichen AlxGa1-xN-Schichten bzw. UVC-LEDs mit ultrakurzen Wellenlängen zur Verfügung.

Weitere Informationen:
Thomas Straubinger
Sektion: Kristalline Materialien für Elektronik