Projektdaten

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Entwicklung von 3D-III-Nitrid-Resonanztunneldioden

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Der Frequenzbereich von 0,3 bis 3 THz hat in vielen Anwendungsbereichen, wie der berührungsfreien Materialidentifikation, der hochauflösenden Radarbildgebung und der drahtlosen Kommunikation mit hoher Bandbreite, erhebliches Interesse geweckt. Ein vielversprechender Ansatz ist die Nutzung ultraschneller, elektronischer resonanter Tunnelprozesse zur Verstärkung im THz­ Frequenzbereich. Im simpelsten Fall besteht eine Resonanztunneldiode (RTD) aus zwei hoch n-dotierten Schichten (Kollektor und Emitter), die durch zwei Quantenbarrieren (QBs) und einen Quantentopf (QW) getrennt sind. Dabei gibt es jedoch zwei große Herausforderungen: Die Kristallqualität der Heterostruktur und das interne Polarisationsfeld. Eine mögliche Lösung für beide Herausforderungen ist die Verwendung von 3D-Strukturen. Ziel des Projekts ist die Entwicklung von auf m-Ebenen gewachsenen GaN RTDs auf Saphir-Substraten. Die 3D-Struktur basiert auf selektiver „bottom-up" Flächenepitaxie, um Zugang zur m-Ebene zu erhalten und die Defektdichte in den aktiven Schichten zu verringern. Mittels physikalischer Simulation werden zunächst die optimalen Dimensionen der einzelnen Drahtbereiche ermittelt, in der Epitaxieentwicklung umgesetzt und die Ergebnisse mit weiteren Simulationen verfeinert. Da die Kristalldefektdichte die Bauelement-Leistung stark beeinflusst, ist eine Analyse des Einflusses der Epitaxieparameter und der gewählten Geometrie auf die Kristallqualität mittels TEM, Multi-Spitzen-STM und EDX zu analysieren. Die elektrische Charakterisierung einzelner, freistehender NDe erfolgt mit Hilfe des Multi­ Spitzen-STMs, was einen direkten Einblick in einzelne Komponenten erlaubt. Für Oszillator-Anwendungen werden die Widerstände und Kapazitäten der-Struktur berücksichtigt, welche die R-C-Zeitkonstante definieren. Letztere ist ein guter Indikator für die maximal erreichbare Frequenz. Abschließend sollen On-Chip-Oszillatoren im Frequenzbereich von >100 GHz entwickelt werden.