Andrew begann seine Karriere im Bereich der III-Nitride als Sekundärionen-Massenspektrometrie-Analyst bei EAGlabs, Inc., bevor er an der North Carolina State University bei den Professoren Zlatko Sitar und Ramón Collazo promovierte. Dort untersuchte er die Kompensation von Mg-dotiertem GaN und AlN, und diese Arbeit über Punktdefekte inspirierte sein Projekt für das Walter-Benjamin-Stipendium. Sein Schwerpunkt hier am IKZ wird sein, die Korrelation zwischen Verunreinigungen und UV-Absorption in PVT-gewachsenen AlN-Kristallen zu verstehen, die Absorption in AlN-Kristallen bei Wellenlängen kleiner 270 nm zu reduzieren und damit dazu beizutragen UV-LEDs und LDs für Desinfektions- und Sterilisationszwecke auf AlN-Substraten zu realisieren.
Das AlN-Team am IKZ hat bereits gezeigt, dass Variationen im C-, O- und Si-Gehalt die UV-Absorption der Kristalle beeinflussen. Insbesondere bestimmt das Konzentrationsverhältnis dieser drei Elemente die Intensität des Absorptionspeaks bei 265 nm und die Intensität nahe der Absorptionsbande, insbesondere bei der für die Hautdesinfektion wichtigen Wellenlänge von 235 nm. Um die Zusammenhänge besser zu verstehen, will Andrew eine maßgeschneiderte Probenmatrix mit unterschiedlichen Verunreinigungszusammensetzungen in AlN-Kristallen herstellen und diese mittels SIMS- und Absorption-Messungen untersuchen.
Grundvoraussetzung für den Erfolg des Projekts ist zunächst die Entwicklung eines Verfahrens zur Erzeugung von AlN-Kristallen mit geringem Verunreinigungsgrad. Dies soll in erster Linie durch die Reinigung des Ausgangsmaterials vor dem eigentlichen Kristallzüchtungsprozess erreicht werden. Kommerziell erhältliche AlN-Pulver enthalten in der Regel C- und O-Verunreinigungen von mehr als 1020 cm-3 und müssen deshalb vor der Züchtung vorgereinigt werden. Anschließend sollen Technologien zur homogenen Dotierung der Kristalle mit definierten Mengen von C, O und Si entwickelt werden. Da die Dotierungselemente oder ihre Verbindungen im Vergleich zu AlN deutlich unterschiedliche Sublimationstemperaturen aufweisen, besteht die größte Herausforderung darin während des gesamten AlN-Wachstums eine konstante Dotierstoffkonzentration im Wachstumsraum zu gewährleisten. Bislang sind aus der Literatur keine Arbeiten zur In-situ-Dotierung während des PVT-Wachstums von AlN-Kristallen bekannt.
Die Ergebnisse der SIMS und Absorptionsmessergebnissen der Proben mit verschiedenen Verunreinigungszusammensetzungen soll u. a. dazu verwendet werden einen KI-Algorithmus zu trainieren, mit dem die elementspezifischen Verunreinigungsgehalte eines Kristalls ohne SIMS-Analyse ermittelt werden können.
Weitere Informationen:
Thomas Straubinger | Arbeitsgruppe Aluminiumnitrid Kristallzüchtung
