Wie werden dotierte GaN-Substrate hergestellt?

Dotierte GaN-Substrate (Gallium-Nitrid-Substrate) werden durch verschiedene Verfahren hergestellt, die darauf abzielen, die gewünschten elektrischen Eigenschaften durch die Einführung von Dotierstoffen zu erreichen. Hier ist ein Überblick über den Prozess:

1. **Herstellung des GaN-Substrats**:
- **Ammonothermalverfahren**: GaN-Kristalle werden in einem autoklavenähnlichen Reaktor unter hohen Temperaturen und Drücken gezüchtet. Ammoniak (NH₃) und Gallium (Ga) reagieren dabei zu GaN.
- **Hydrid-Gasphasenepitaxie (HVPE)**: Gallium und Ammoniak reagieren in der Gasphase, um GaN auf einem Substrat zu bilden. Dieses Verfahren ermöglicht die Herstellung von dicken GaN-Schichten.

2. **Dotierung**:
- **N-Typ-Dotierung**: Silizium (Si) oder Germanium (Ge) werden als Dotierstoffe verwendet. Diese Elemente werden während des Wachstumsprozesses in die GaN-Kristallstruktur eingebaut, um zusätzliche Elektronen bereitzustellen.
- **P-Typ-Dotierung**: Magnesium (Mg) wird als Dotierstoff verwendet. Mg-Atome ersetzen Gallium-Atome in der Kristallstruktur und erzeugen Löcher (fehlende Elektronen), die als positive Ladungsträger fungieren.

3. **Epitaxiales Wachstum**:
- Nach der Dotierung wird oft eine epitaxiale Schicht auf das Substrat aufgebracht, um die Oberflächenqualität zu verbessern und die Dotierung zu optimieren. Dies kann durch Methoden wie Metallorganische Gasphasenepitaxie (MOCVD) oder Molekularstrahlepitaxie (MBE) erfolgen.

4. **Charakterisierung und Verarbeitung**:
- Die dotierten GaN-Substrate werden anschließend charakterisiert, um sicherzustellen, dass sie die gewünschten elektrischen und strukturellen Eigenschaften aufweisen. Dies kann durch verschiedene Analysemethoden wie Röntgenbeugung (XRD), Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und Hall-Effekt-Messungen erfolgen.

Diese Schritte ermöglichen die Herstellung von GaN-Substraten mit spezifischen elektrischen Eigenschaften, die für Anwendungen in der Leistungselektronik, Optoelektronik und anderen High-Tech-Bereichen geeignet sind.