GaN Forscher vereint in Freiberg

Gruppenbild der GaN-Forscher in Freiberg
Die ESF-Nachwuchsgruppe HalMa konnte am Montag, dem 28. August 2017, den japanischen Wissenschaftler Professor Dr. Kazunobu Kojima (Tohoku Universität, Aoba, Sendai) zu einem Gastvortrag begrüßen.

ESF-LogoDie auf dem Gebiet „Defekt-Engineering in Wide-Bandgap-Halbleiter-materialien für Anwendungen in der Opto- und Leistungselektronik“ forschende ESF-Nachwuchsgruppe HalMa konnte am Montag, dem 28. August 2017, den japanischen Wissenschaftler Professor Dr. Kazunobu Kojima (Tohoku Universität, Aoba, Sendai) zu einem Gastvortrag mit dem Thema:

Determination of absolute quantum efficiency of radiation in nitride semiconductors using an integrating sphere

an der TU Bergakademie Freiberg begrüßen. „Der Kontakt zu Prof. Dr. Kojima war auf der diesjährigen internationalen Tagung für Nitridhalbleiter in Strasbourg (ICNS12) entstanden“, berichtet Gruppenleiterin Dr. Franziska Beyer. Die ICNS war nur eine von mehreren internationalen Konferenzen in Japan, Polen, Deutschland und Frankreich, auf der die Ergebnisse der Nachwuchsforschergruppe in diesem Jahr präsentiert wurden. Die Gelegenheit eines Besuches in Freiberg bot sich an, da Prof. Dr. Kojima derzeit einen dreimonatigen Forschungsaufenthalt in der Gruppe von Prof. Dr. Ulrich T. Schwarz an der TU Chemnitz verbringt. In der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Ulrich T. Schwarz werden die Effizienz und die Polarisierbarkeit von GaN-basierten Nanostrukturen untersucht.

 Prof. Dr. Kazunobu KojimaAlle drei Forschergruppen beschäftigen sich mit der Charakterisierung von Galliumnitrid (GaN). GaN ist mittlerweile ein nicht verzichtbares Halbleitermaterial für Anwendungen in der Opto- und Leistungselektronik. Die meisten neuen Lichtquellen bestehen aus LEDs, deren wichtigster Baustein GaN ist. Andererseits kann GaN auch für Hochleistungs- und Hochfrequenzbauelemente im Automobil- und Telekommunikationsbereich genutzt werden.

Für die Funktionalität der Bauelemente ist GaN mit hoher Kristallqualität und einer niedrigen Defektdichte notwendig. Hierbei verfolgen die Forschergruppen unterschiedliche Ansatzpunkte. In Japan werden zunächst GaN-Kristallite ammonothermal unter hohem Druck im Autoklaven synthetisiert. Auf diesen Kristallisationskeimen werden dicke GaN-Volumenkristalle mittels Hybrid Gasphasenabscheidung (HVPE) hergestellt.

Am Institut für Nichteisenmetallurgie und Reinststoffe der TU Bergakademie erfolgt das Wachstum von GaN durch eine in Freiberg weiter entwickelte physikalische Gasphasenabscheidung (HTVPE), bei der GaN bei der direkten Reaktion von Ammoniak und thermisch verdampftem Gallium entsteht. Es werden keine aufwendig herzustellenden Ausgangsstoffe benötigt, weshalb die Prozesskosten im Vergleich zu anderen Verfahren gering sind. Ebenso werden im Vergleich zu anderen Herstellungstechnologien stark ätzende Bedingungen vermieden, so dass eine nachgelagerte Reinigung der Abgase nicht notwendig ist. Damit wird angestrebt, den Wachstumsprozess einerseits umweltverträglich gestalten zu können und andererseits den Einbau von Fremdstoffen zu minimieren.

Die gewachsenen GaN-Schichten werden mittels verschiedener struktureller, optischer und elektrischer Charakterisierungsmethoden in der ESF-Nachwuchsforschergruppe untersucht.

In seinem Vortrag stellte Prof. Dr. Kojima eine von ihm entwickelte Methode vor, um nach Anregung durch Laserlicht die Photolumineszenz (PL) der Probe allseitig detektieren zu können (Kojima Appl. Phys. Lett. 111 (2017) 032111). „Bei der anschließenden Laborführung zeigte sich Prof. Dr. Kojima sehr beeindruckt von der Vielfalt und Systematik der Methoden, die der Nachwuchsforschergruppe an der TU Bergakademie Freiberg zur Verfügung stehen“, so Dr. Beyer.

HalMa deckt den gesamten Bereich von der Entwicklung alternativer Methoden für die Züchtung defektarmer GaN-Kristalle über die Charakterisierung der Materialien bis hin zur Methodenentwicklung für ein schnelles Qualitätsmonitoring von Halbleitermaterialien und -bauelementen in einem industriellen Umfeld ab.HalMa Logo Derzeit forschen sieben Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler an insgesamt fünf Instituten aus zwei Fakultäten der TU Bergakademie Freiberg. Die Ergebnisse der unterschiedlichen Messmethoden werden miteinander korreliert, um damit Abhängigkeiten zwischen den Herstellungsparametern und den mikrostrukturellen, optischen und elektrischen Eigenschaften zu identifizieren.

Die starke interdisziplinäre Ausrichtung der Nachwuchsgruppe führt zu einem umfassenden Verständnis der involvierten Prozesse, welches gleichzeitig die Optimierung der Herstellungstechnologie und die Entwicklung neuartiger Messmethoden befördert. So konnten im gemeinsamen Austausch mit den Kollegen aus Sendai und Chemnitz Anknüpfungspunkte für zukünftige gemeinsame Arbeiten und Projekte identifiziert werden.

GaN-Forscher vereint in Freiberg: von links nach rechts Dr. Christian Röder (HalMa), Prof. Dr. Ulrich T. Schwarz (TU Chemnitz), Prof. Dr. Kazunobu Kojima (Tohoku Universität) und Dr. Franziska Beyer (HalMa). (Foto: Sven Jachalke)

Weitere Informationen zur ESF-Nachwuchsforschergruppe unter:

www.tu-freiberg/halma