Fraunhofer-Technologiezentrum Hochleistungsmaterialien THM
Das Fraunhofer Technologiezentrum Hochleistungsmaterialien (THM) in Freiberg beschäftigt sich in dem vom Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (IISB) in Erlangen verantworteten Aktivitäten mit der Herstellung, Bearbeitung und Charakterisierung von Halbleiterkristallen für opto-, mikro- und leistungselektronische Anwendungen. Dabei kann es auf die langjährige Erfahrung seines Mutterinstituts, dem IISB zurückgreifen, welches in umfassender Weise die komplette Wertschöpfungskette für Elektroniksysteme vom Grundmaterial bis zur Anwendung abdeckt. Die Abteilung Materialien hat eine ausgewiesene langjährige Erfahrung auf dem Gebiet der Entwicklung, Herstellung und Charakterisierung von Nitridhalbleitermaterialien.
Die bisherige von der Freiberger Compound Materials GmbH (FCM) und THM getriebene Modellierung des HVPE-Systems erlaubte nur eine stationäre Simulation der thermischen Verhältnisse der Gasströmung und der Wachstumsrate an der Keimoberfläche. Für die weitere Prozessentwicklung bzw. Skalierung auf größere Substratdurchmesser ist ein besseres Verständnis der Gasströmung und der thermischen Verhältnisse beim HVPE-GaN Wachstum notwendig.
Ziel ist es zunächst, ein Strömungsmodell zu entwerfen, das anschließend im selben Maße zur Validierung der derzeitigen Konfiguration genutzt und durch Wachstumsversuche bestätigt werden kann. Zur Validierung der Simulationsmodelle dienen weitreichende Wachstumsversuche und die Charakterisierung der Kristalle. Die in der Simulation angestrebten optimalen Prozessbedingungen sollten es ermöglichen, dicke, spannungs- und somit rissfreie Kristalle herzustellen. Des Weiteren sollen im Projekt neue Anlagenkonzepte entwickelt werden. Diese können dann mit Simulationen berechnet und auf ihre Durchführbarkeit überprüft werden.
Die zeitabhängige Modellierung der Gasströmungen im GaN-HVPE Reaktor wird vom THM übernommen. Berechnungen mittels einer kommerziellen Modellierungssoftware werden von FCM erbracht. Abbildung 1 zeigt die Gasströmung in der Mischzone des Reaktors für einen Wachstumsreferenzfall. Die Ergebnisse der Strömungsrechnungen mit den beiden Modellen wiesen eine sehr gute Übereinstimmung hinsichtlich des Strömungsmusters und der Werte der Gasgeschwindigkeit auf. Die zur Validierung des Modells herzustellenden Kristalle können einerseits von FCM zur Verfügung gestellt, als auch an der vom THM betreuten Anlage gezüchtet werden. Die Charakterisierung und Qualifizierung der hergestellten Kristalle erfolgt für Standardaufgaben direkt bei FCM und für eine detaillierte Defekt- und Spannungsanalyse beim THM, da dort eine tiefergehende, über die übliche firmeninterne Charakterisierung hinausreichende Untersuchung der Kristalle möglich ist.
Zuwendungsgeber: Sächsisches Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr
Förderkennzeichen: 100378597
Laufzeit: 01.07.2019–31.12.2021
Projektpartner: Freiberger Compound Materials GmbH, Am Junger Löwe Schacht 5, 09599 Freiberg
