Boroxid-arme Galliumarsenid-Kristalle

Photo: Gezogener GaAs-VCz-Kristall

Mitarbeiter des IKZ haben Galliumarsenid (GaAs) ohne die sonst immer erforderliche Boroxid-Abdeckung gezüchtet. Mit einem bereits früher am IKZ entwickelten Verfahren zur Herstellung von Drei-Fünf-Halbleiter haben sie neue Eigenschaften des Materials aufgedeckt. Jetzt sei das IKZ in der Lage, mit der Methode "gezielte Messproben für Forschung und Industrie anzufertigen", schreiben der Projektleiter, Prof. Peter Rudolph, und der für das Projekt verantwortliche Wissenschaftler, Dr. Frank M. Kießling, in ihrem Abschlussbericht.

Für die industrielle Produktion sind die immer wieder auftretenden Defekte in Halbleiter-Kristallen schon seit längerer Zeit ein teures Problem. Teilweise war bekannt, dass die Defekte mit dem Konzentrationsverhältnis der Elemente, zum Beispiel Gallium und Arsen, in der Schmelze zusammenhängen. Kießling sagt: "Bislang gab es kaum Erfahrungen dazu, wie man dieses Verhältnis während des Züchtungsvorgangs kontrollieren und beeinflussen kann."

Die Herstellung von Drei-Fünf-Halbleitern leidet an dem fertigungstechnischen Problem, dass je einer der Inhaltsstoffe - in diesem Fall das Arsen - leicht flüchtig ist. Daher werden diese Halbleiter traditionell mit einer Boroxid-Abdeckung gezüchtet. Diese zusätzliche Schicht auf der Schmelze dient dazu, die Verflüchtigung des Arsens und damit die sich verringernde Konzentration des Arsens in der Schmelze zu verhindern. "Durch das Boroxid kommt es allerdings auch zu Verunreinigungen", erklärt Kießling. Und: "Bei manchen Defekttypen konnte man gar nicht bestimmen, ob sie vielleicht auch mit dem Boroxid zusammenhängen, da es keine alternativen Proben gab, die man hätte prüfen können."

Die Experten am IKZ haben eine Apparatur genutzt, in der Galliumarsenid ohne Boroxid-Abdeckung entsteht. Ausgangspunkt war ein Herstellungsverfahren namens "Vapour Pressure Controlled Czochralski (VCz)". Dies wurde modifiziert, so dass eine Boroxid-freie GaAs-Kristallschmelze in ihrem Arsen-Gehalt gesteuert werden kann.

Das IKZ hat der Forschung und der Industrie Bor-freie Messproben zur Verfügung gestellt. Diese stammten aus Schmelzen unterschiedlicher Zusammensetzung, besonders aus solchen mit einem Galliumüberschuss. Diese Proben wurden auf die klassischen Defekte ("Zwillinge", Zweite-Phase-Partikel, Punktdefekte) hin untersucht.

COMPAMED.de; Quelle: Forschungsverbund Berlin e.V.