GOAL – Galliumoxid-Applikationslabor für die Leistungselektronik

Mit dem Projekt G.O.A.L. („Galliumoxid-Applikationslabor für die Leistungselektronik“) unter Leitung von Dr. Andreas Popp erweitert das Leibniz-Institut für Kristallzüchtung (IKZ) seine Forschungs- und Entwicklungsinfrastruktur im Bereich innovativer Halbleitermaterialien. Ziel des Vorhabens ist der Aufbau einer durchgängigen technologischen Plattform für das Halbleitermaterial Galliumoxid (Ga₂O₃) zur Anwendung in der Leistungselektronik.

Das IKZ verfügt über umfassende Kompetenzen in der Züchtung von Galliumoxid-Volumenkristallen sowie in der Substrat- und Waferbearbeitung. Im Rahmen des Projekts wird diese bestehende Infrastruktur gezielt um den Prozessschritt der Galliumoxid Epitaxie erweitert.

Galliumoxid -Leistungselektronik adressiert dabei verschiedene Anwendungsfelder. Neue Märkte eröffnen sich vor allem auf der Ebene der Halbleitertechnologien (Wafer, Transistoren, Leistungsmodule) und durch höhere Wertschöpfung in der Elektronikindustrie mit leistungselektronischen Wandlern für beispielsweise E-Mobilität, PV, Windkraft und Kraftwerksumbau. Durch verbesserte Materialeigenschaften können Energieverluste reduziert und Systemeffizienzen gesteigert werden, was zur Unterstützung der Energiewende beiträgt. Um das Material in die Anwendung zu bringen und die Entwicklung von Bauelementen zu ermöglichen, werden Wafer-Schicht-Systeme mit Abmessungen von mindestens 2 Zoll benötigt.

Wesentlicher Investitionsschwerpunkt des Projekts ist daher die Installation einer 3×2"-MOVPE-Anlage der Firma AIXTRON zur Abscheidung epitaktischer Galliumoxid-Schichten auf Wafern bis zu 4“. Teil der Anlage ist auch ein integriertes in-situ Monitoring-System der Firma LayTec, welches eine kontinuierliche Prozessüberwachung und Qualitätssicherung während des Wachstums ermöglicht. Diese Investition schafft die technischen Voraussetzungen für die Herstellung von 2 bis 4 -Zoll-Galliumoxid-Epitaxie-Wafern und ermöglicht damit die Erweiterung der Wertschöpfungskette am Standort.

Die Anschaffung der MOVPE-Anlage einschließlich des in-situ Monitoring-Systems stellt den wesentlichen Investitionsschwerpunkt des Projekts dar. Ohne diese durch das Vorhaben ermöglichte Erweiterung der Anlagentechnik wäre die Umsetzung der Projektziele nicht realisierbar.

Das Projekt wird durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (Europäischer Fonds für regionale Entwicklung, EFRE) kofinanziert. Die Förderung dient dem gezielten Ausbau der anwendungsnahen Forschungsinfrastruktur, der Stärkung der Innovationsfähigkeit sowie der Weiterentwicklung technologischer Kompetenzen am Standort Berlin.

Damit leistet das Vorhaben einen Beitrag zur Stärkung des regionalen Innovationssystems und zur Erhöhung der Wettbewerbsfähigkeit im Bereich moderner Halbleitertechnologien.

Das Projekt ist eingebettet in bestehende Kooperationen mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie, darunter das Ferdinand-Braun-Institut sowie weitere Einrichtungen und Unternehmen der Region Berlin-Brandenburg. Mit Hilfe von G.O.A.L zielt das IKZ darauf ab, sich als EU-weiter Forschungspartner und Anbieter für 2 Zoll Galliumoxid Epitaxie-Wafer als Basismaterial für Bauelemente für die Leistungselektronik etablieren. Durch die hohe Industrierelevanz ist auch eine direkte Verwertung in der Halbleiter- und Leistungselektronikindustrie (wie BOSCH, Infineon, ZF etc.) zu erwarten. Auch das im April 2025 gegründete IKZ Startup „NextGO-Epi“ wird mit G.O.A.L. seine Erfolgschancen deutlich verbessern.