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

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Die mit der Hochdruck-Hochtemperaturmethode gezüchteten Einkristalle erreichen eine maximale Länge von 15 mm, während für den industriellen Einsatz Wafer mit mindestens 2 Zoll (50,8 mm) benötigt werden. Um neue Märkte für Hochleistungs-LEDs und -Laserdioden zu erschließen, ist eine Verbesserung der Kristallgröße erforderlich. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Entwicklung eines Behälters für Hochtemperatur-Hochdrucksynthesen zur Optimierung der GaN-Kristallisation. Der Hochdruckbehälter mit Innenbeheizung wird vom Konzept bis zur fertigen Konstruktionszeichnung entwickelt und in Betrieb genommen. Die Anforderungen an den Behälter umfassen die konstante Realisierung von Kristallisationsparametern bei Drücken über 2000 bar und 1300°C für etwa 6 Stunden. Um die Kristallisation weiter zu optimieren, soll der Behälter für 14000 bar und 1500°C ausgelegt werden. Zudem müssen Kriterien wie einfaches Scale-Up und hohe Berstsicherheit berücksichtigt werden. Zentrale Fragestellungen betreffen die Bauform, Werkstoffauswahl, Dichtungen und elektrische Durchführungen. Die gefundene Konstruktionslösung muss gefertigt und getestet werden, wobei eine Infrastruktur zur Kompression von Stickstoff auf 14000 bar erforderlich ist. Abschließend wird mit dem automatisierten System die Realisierung der Kristallisationsparameter bestätigt und ein erster Kristallisationstest durchgeführt.