Epitaxie, Prozessierung und Charakterisierung von AlGaN-Gradientenstrukturen und GaN/AlGaN-Heterostrukturen für die Anwendung von polarsiationsinduzierten Löcherdichten

Beckmann, Carsten; Rau, Uwe; Vescan, Andrei

doi:10.18154/RWTH-2024-10981

Epitaxie, Prozessierung und Charakterisierung von AlGaN-Gradientenstrukturen und GaN/AlGaN-Heterostrukturen für die Anwendung von polarsiationsinduzierten Löcherdichten

Beckmann, Carsten^RWTH*

2024 & 2025

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Carsten Beckmann, M. Sc.

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2024

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2024

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2025

Genehmigende Fakultät
Fak06

Hauptberichter/Gutachter
Vescan, Andrei (Thesis advisor)^RWTH* ; Rau, Uwe (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2024-10-02

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2024-10981
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/997001/files/997001.pdf

Einrichtungen

Lehr- und Forschungsgebiet Technologie der Verbindungshalbleiter (612020)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
2DHG (frei) ; AlGaN (frei) ; Epitaxie (frei) ; GaN (frei) ; MOCVD (frei) ; Polarisation (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 621.3

Kurzfassung
Elektronische Bauelemente auf der Basis von Galliumnitrid (GaN) bieten aufgrund der herausragenden Materialeigenschaften der Nitride wie der großen Bandlucke von 3,4 eV und der starken Polarisation Vorteile gegenüber Komponenten der herkömmlichen Si-Technologie. Die hohe Bandlücke erlaubt deutlich größere maximale Feldstärken und Betriebstemperaturen, als mit der Si-Bandlucke von nur 1,1 eV erzielbar sind. Bei tiefen Temperaturen bietet die GaN-Technologie ebenfalls Vorteile gegenüber der Si-Technologie, da polarisationsinduzierte Ladungsträgerdichten temperaturunabhängig sind und damit nicht ausfrieren. Während in kommerziellen GaN-basierten Hochfrequenz- und Leistungsbauelementen das zweidimensionale Elektronengas (2DEG) als Herzstück von Transistoren gut etabliert ist, ist das für zweidimensionale Löchergase (2DHG, 2D-hole gas) nicht der Fall. Um Schaltkreise energieefzient zu gestalten und das Potenzial der GaN-basierten Elektronik voll auszuschöpfen, ist jedoch eine komplementäre Architektur aus elektronenleitenden Transistoren (n-Kanal) und löcherleitenden Transistoren (p-Kanal) erforderlich. Analog zum 2DEG in einer Metall-polaren AlGaN-auf-GaN-Struktur kann ein 2D-Löchergas in einer ebenfalls Metall-polaren GaN-auf-AlGaN-Heterostruktur aufgrund von spontaner und piezoelektrischer Polarisation induziert werden. Allerdings ist dieser Ansatz wenig erforscht, und die Herausforderungen an die epitaktische Abscheidung solcher Heterostrukturen sind deutlich größer. Auch stecken weitere, für p-Kanal-Transistoren notwendige Komponenten, wie Kontakte, Gate-Dielektrika und Passivierung insgesamt noch in den Kinderschuhen. Diese Dissertation beschäftigt sich mit der gesamten Prozesskette für p-Kanal Heterostrukturen, wobei die Epitaxie im Mittelpunkt steht. Es soll zuerst der Puﬀer, d. h. die epitaktische Basis, fur die polarisationsinduzierten Löchergase optimiert werden. Daraufhin muss sowohl die 2DHG-Struktur untersucht und optimiert werden, ebenso die Kontaktierung des Löchergases einschließlich der nötigen p-Dotierung. Auf dieser Grundlage sollen p-Kanal-Transistoren nach dem Stand der Technik hergestellt, charakterisiert und die Ergebnisse mit den theoretischen Erwartungen verglichen werden.

OpenAccess:
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