Erforschung neuartiger Leistungselektroniksysteme auf Basis neuer Materialsysteme und Herstellungsverfahren (ForMikro - GaNESIS); NaMLab Teilvorhaben: Charakterisierung von Strukturen und Bauelementen

Abstract

In dem Projekt wurde eine innovative (Al)GaN Sputterepitaxie (PVD) überwiegend auf Si-Substraten entwickelt, um eine attraktive Alternative zur gebräuchlichen MOVPE-Technologie aufzubauen. Die prinzipiellen Vorteile der Sputterepitaxie, deren Potential gegenüber dem MOVPE Wachstum im Projekt adressiert wurden, sind: ein kostengünstiger Sputterepitaxie-Prozess, kontrollierte elektronische Schichteigenschaften durch n-type Dotierung, hohe Expitaxie-Kristallqualität, äquivalent zu MOCVD Die Projektpartner Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg (OvGU) und Fraunhofer FEP (FEP) entwickelten die Prozesse der Sputter Epitaxie. Die Forschungsaktivitäten von NaMLab (NLB) im Projekt zielten darauf ab, die Eignung von PVD-Pufferschichten in Demonstrator-Bauelementen der Leistungselektronik anhand elektrischer Kenndaten zu untersuchen und mit den Ergebnissen die Verbesserung zu unterstützen. High-Electron-Mobility Transistoren (HEMTs) mit Sputterepitaktischer Pufferstruktur bzw. AlN Nukleationslage und MOCVD überwachsener AlGaN/GaN Heterostruktur mit zweidimensionalen Elektronengas (2DEG) wurden mikro-prozessiert und elektrisch charakterisiert. Die Ergebnisse in diesem Bericht zeigen, dass Pufferstrukturen mit Sputter Epi Unterbau eine nahezu vergleichbare Durchbruchfestigkeit im Vergleich zu reinen MOVPE Puffer aufzeigen. Durchbruchspannungen bis 600 V im vertikalen und lateralen Durchbruch konnten mit Puffern mit Sputter-Epi AlN Nukleation erzielt werden. Eine hohe Stromtragfähigkeit bzw. der geringe Einschaltwiderstand von HEMT Leistungsschaltern wird maßgeblich durch eine hohe Ladungsträgerbeweglichkeit im 2DEG bestimmt. Die HEMT Transistoren des letzten Prozess Zyklus auf einer Sputter Epi AlN Nukleation zeigen eine 2DEG Feld-Effekt Beweglichkeit von 1900 cm2/Vs. Dies entspricht ca. 90% der besten MOVPE HEMT Referenzstruktur. Im Projekt konnten wichtige Voraussetzungen für die Herstellung von Hoch-Volt HEMT Leistungsschaltern auf GaN-Si Material mit Sputter Epi Puffern demonstriert werden, wobei die elektrische Charakterisierung der HEMT Demo-Bauelemente ein essentielles Feedback zum Materialwachstum und zur Materialqualität liefert.