Forschungserfolg Epitaxiale SiC-Schicht auf 300-mm-Silizium-Wafern

Eines der Probleme von GaN auf Silizium ist die Fehlanpassung von Thermokoeffizient und Gitterstruktur. Pufferschichten könnten das lösen, waren bislang allerdings sehr teuer. Eine neue epitaxiale 3C-SiC-Schicht auf Si-Wafern soll dagegen kostengünstig großtechnisch zu implementieren sein.

Über zehn Jahre haben die Mikro- und Nanotechnologie Queensland Facility (QMF) der Griffith-Universität und deren Industriepartner SPTS Technologies an der SiC-Abscheidung auf Silizium bei niedriger Temperatur geforscht. Gemeinsam haben sie auch einen kommerziellen Reaktor entwickelt, um mit diesem Epitaxie-Prozess im kommerziellen Maßstab SiC-beschichtete Silizium-Wafer mit 300 mm Durchmesser herstellen zu können. Dem QMF ist es nach eigenen Angaben gelungen, auf herkömmlichen 300-mm-Wafern SiC-Schichten mit einer Defektdichte von rund 1 Prozent zu realisieren.

Letztendliches Ziel des gemeinsamen Projektes ist es, ein kostengünstiges Puffermaterial für die Herstellung von Galliumnitrid-Bausteinen (GaN) auf Siliziumsubstraten zu bieten. Pufferschichten sind nötig, um die Fehlanpassung in Bezug auf die Gitterstruktur und die thermischen Ausdehnungskoeffizienten auszugleichen. Bislang verwendete Pufferschichten sind jedoch teuer und eignen sich nicht gut für einen großtechnischen Einsatz.

Lassen sich Leuchtdioden oder Leistungshalbleiter aus Galliumnitrid auf Si-Wafern mit großem Durchmesser produzieren, kann das die kommerzielle Akzeptanz fördern. Große Wafer sind ein probates Mittel, die Herstellungskosten von Bauteile zu senken. Beim QMF und bei SPTS schätzt man, dass die neue SiC-auf Silizium-Beschichtung in der Serienfertigung nicht mehr als 25 bis 35 US-Dollar zu den Kosten eines Silizium-Wafers hinzufügen würde.

3C-Siliziumkarbid bildet eine effektive, gitterangepasst Pufferschicht für das Aufwachsen von GaN auf Silizium. Zudem verhindert diese Schicht, dass Silizium in die GaN-Schichten diffundiert, was besonders bei Leistungshalbleitern wichtig ist.