Projektierung, Konstruktion und Inbetriebnahme einer Hochdruck-Hochtemperatur-Anlage zur Züchtung von Halbleitereinkristallen (GaN)

Die mit der Hochdruck-Hochtemperaturmethode gezüchteten Einkristalle erreichen nur eine Länge von 15 mm. Für einen industriellen Einsatz werden jedoch Einkristallwafer mit einer Größe von mindestens 2 Inch (entspricht 50,8 mm) benötigt. Um neue Märkte für Hochleistungs-LEDs und -Laserdioden zu erschließen, muss diese Methode bezüglich der erzielbaren Kristallgröße verbessert werden. Hier setzt diese Arbeit mit der Entwicklung eines Behälters für Hochtemperatur- Hochdrucksynthesen an, in der die Optimierung der GaN-Kristallisation durchgeführt werden kann. Der Hochdruckbehälter mit Innenbeheizung soll vom grundlegenden Konzept bis zur fertigen Konstruktionszeichnung entwickelt und in Betrieb genommen werden. Anforderungen an den Behälter sind primär die konstante Realisierung der Kristallisationsparameter von Drücken größer 2000 bar und 1300°C über einen längeren Zeitraum (ca. 6h). Um jedoch die Kristallisation optimieren zu können, soll der Behälter für 14000 bar und 1500°C ausgelegt werden. Daneben sollen auch Kriterien wie einfaches Scale-Up und hohe Berstsicherheit erfüllt werden. Zentrale Fragestellungen sind demnach die Behälterbauform, die Werkstoffauswahl, die Ausführung der Dichtungen und elektrischen Durchführungen. Die im Rahmen der Arbeit gefundene Konstruktionslösung muss fertigungstechnisch umgesetzt und im Betrieb getestet werden. Dazu ist die Infrastruktur zur Kompression von Stickstoff auf 14000 bar notwendig. Abschließend soll mit dem automatisierten System die Realisierung der Kristallisationsparameter bestätigt und ein erster Kristallisationstest durchgeführt werden.