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IMEC und Applied Materials bereiten den Weg zu GaN-LEDs der nächsten Generation

GaN-Epi-Layer auf 200mm-Si-Substraten für LEDs

22. August 2011, 14:02 Uhr | Kai Cheng, Johan Dekoster (Imec), Sung Won Jun, Jose-Ignacio Del-Agua-Borniquel (Applied Materials)

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Zug- und Druckspannungen

Obwohl eine gute AlN-Kristallqualität erzielt wird - essenziell für den nächsten GaN-Wachstumsschritt -, ruft die thermische und kristalline Fehlanpassung zwischen AlN und Si im AlN-Film eine Zugspannung hervor. Die Folge ist eine negative Biegung des Wafers. Beim Aufwachsen eines undotierten GaN-(u-GaN-)Layers direkt auf dieser Grundlage entwickelt der u-GaN-Layer ebenfalls eine negative Biegung - was weitere Zugspannungen bedeutet, die sich mit wachsender Schichtdicke noch verstärken. Wenn die Dicke des u-GaN-Layers auf mehr als 1 µm steigt, reißt der GaN-Film infolge dieser mechanischen Spannungen.

Zur Erzeugung dickerer, crack-freier GaN-Filme wurde ein 200 nm dicker AlGaN-Zwischenlayer (50 Prozent Al) eingeführt, der eine Drucklast erzeugt und damit die thermische Zugspannung im AlN-Film kompensiert. Eine u-GaN-Schicht von 1 µm Dicke auf diesem AlGaN-Zwischenlayer zeigt jetzt eine starke Druckbelastung (Waferbiegung +120 µm). Durch Erhöhen der u-GaN-Layerdicke auf 2,3 µm wird der GaN-Layer wieder leicht gespannt, und die Waferbiegung reduziert sich auf -15 µm. Das ist günstig für die folgenden Wafer- und Komponentenprozesse. Für die Versetzungsdichte TDD (Threading Dislocation Density) lässt sich per Aufsichts- (plan view) TEM (Transmission Electron Microscopy) ein Wert von 2,5 x 10 hoch 9 cm-3 beobachten. Die meisten Versetzungen verschwinden an der Grenzfläche zwischen GaN und AlGaN.

Diese Ergebnisse zeigen, dass durch geeignete Gestaltung der Zug- und Druckbelastungen die Deposition von GaN-Layern mit mehr als 2 µm Dicke auf 200-mm Si möglich ist, und dass die Waferbiegung unterhalb des kritischen Werts gehalten wird, um weitere Prozessschritte vom Wafer zu Komponenten zu ermöglichen.