Die IKZ-Arbeitsgruppe Aluminiumnitrid hat in 2019 ein neues Züchtungslabor mit drei baugleichen Anlagen zur Sublimationszüchtung von Aluminiumnitrid Einkristallen in Betrieb genommen. Die Anlagen wurden in enger Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Konstruktion am IKZ konzipiert und gebaut.
Neben der Erhöhung der Versuchskapazität wird damit v. a. die Möglichkeit geschaffen, auch in industrieller Sichtweise, d. h. in einem sehr engen Parameterbereich, reproduzierbare Züchtungsbedingungen von Versuch zu Versuch bzw. Anlage zu Anlage zu gewährleisten. Im Fokus steht dabei insbesondere die verlässliche optische Messung von Temperaturen > 2000°C an Tiegelober- und Unterseite.
Ziel der Arbeiten im neuen Labor ist die Entwicklung eines Prozesses zur Herstellung von defektarmen (EPD < 105 cm-2) AlN-Substraten mit einem Durchmesser von 10 mm bis zu 1" (25,4 mm) und definierten Eigenschaften (Dotierung, Orientierung, Geometrie, Oberflächenqualität).
Mit den somit verfügbaren Prototyp-Serien von Substraten mit reproduzierbaren Eigenschaften kann zusammen mit Partnern das Potential von AlN für verschiedene Anwendungen im Bereich der Halbleiterelektronik evaluiert werden. Dabei variieren die Substratanforderungen abhängig von den potentiellen Anwendungen.
So werden im aktuell laufenden BMBF-Projekt "UV-LEDs für ultrakurze Wellenlängen um 230 nm auf Basis von AlN-Substraten (AlN-230nm)" am IKZ gezüchtete und bei den Projektpartnern FCM und Crystec bearbeitete UV-transparente AlN-Substrate für die Herstellung von UVC-LEDs bei den Epitaxie- und Bauelemente-Entwicklern FBH und TUB verwendet. Mit Hilfe dieser UVC-LEDs können anschließend im Rahmen des Advanced UV for Life Konsortiums z. B. Module für die Desinfektion in der Medizintechnik entwickelt werden.
Für andere nicht-optische Anwendungen dagegen wird keine UV-Transparenz benötigt. Bei Hochtemperatursensoren steht beispielsweise der Einfluss der Dotierung auf die elektromechanischen Eigenschaften im Fokus, während für Akustische-Oberflächenwellen-Filter (SAW-Filter) die Probengeometrie bzw. Oberflächenqualität die wichtigsten Eigenschaften darstellen.
