Selective Area Growth of cubic Gallium Nitride by Molecular Beam Epitaxy
Creators: name: Meier, Falco
Publisher: name: Universität Paderborn
Year: 2023

description: In dieser Arbeit wird das selektive Wachstum (Selective Area Growth, SAG) von kubischem Galliumnitrid (c-GaN) auf 3C-SiC/Si (001) Pseudosubstraten demonstriert. Als Wachstumsmaske wurde Siliziumdioxid eingesetzt, um die Nukleation von c-GaN auf bedeckten Oberflächen zu verhindern. Plasmadeponiertes und thermisches Siliziumoxid wurden durch NanokugelLithographie (NSL), Block-Copolymer-Lithographie (BCP) und Elektronenstrahl-Lithographie (EBL) strukturiert. NSL und BCP wurden eingesetzt, um Lochmasken mit Durchmessern von 130 nm bzw. 17 nm zu erzielen. EBL wurde für die Strukturierung von U- und V-förmigen Gräben eingesetzt. Die Muster wurden mittels reaktivem Ionentätzen in SiO2 übertragen. 3C-SiC und SiO2 wurden durch SF6- bzw. CHF3/Ar-Plasmen geätzt. Es war möglich, reine Phasennukleation bis hinunter auf Nanoskalen von 17 nm bzw. 100 nm an den &lt;001&gt;- bzw. &lt;111&gt;-Facetten von 3C-SiC nachzuweisen. Der hexagonale Anteil von GaN wurde mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und hochauflösender Röntgenbeugung (HRXRD) bestätigt. Auf Schachbrettmustern mit Öffnungen von 3 mm wurden hexagonale Phasenanteile unter 1 % erreicht. Auf V-förmigen Rillen, die entlang [110] in 3C-SiC etwa &lt;111&gt;-Facetten freilegen, wurde ein hexagonaler Phasenanteil von 17,6 % gemessen. Für alle Strukturen wurde durch TEM-Bildgebung reine Phasennukleation nachgewiesen. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass nach der nanoselektiven Nukleation von c-GaN mit vorherrschender kubischer Phase eine Koaleszenz möglich ist. Auf BCP-strukturierten Löchern wurde nach der Koaleszenz von GaN ein hexagonaler Anteil von 29 % beobachtet.
description: In this thesis, Selective Area Growth (SAG) of cubic Gallium Nitride (c-GaN) on3C-SiC/Si (001) pseudo substrates is demonstrated. Silicon Dioxide was employedas a growth mask, preventing nucleation of c-GaN on covered surfaces. Plasmadeposited and thermal silicon oxides were employed and patterned by means ofNanosphere Lithography (NSL), Block-Copolymer Lithography (BCP) and ElectronBeam Lithography (EBL). NSL and BCP were utilized to achieve hole arrays with130 nm and 17 nm in diameter. EBL was employed for patterning of U- and V-shapedgrooves. Patterns were transferred into SiO2 by Reactive Ion Etching. 3C-SiC andSiO2 were etched by SF6 and CHF3/Ar plasmas, respectively. It was possible todemonstrate phase pure and selective nucleation down to nano scales of 17 nmand 100 nm on &lt;001&gt; and &lt;111&gt; facets of 3C-SiC, correspondingly. Hexagonalfraction of GaN was confirmed by means of Transmission Electron Microscopy (TEM)and High Resolution X-Ray Diffraction (HRXRD). On checker board patterns withopenings of 3 mm, hexagonal phase contents below 1 % were achieved. On V-shapedgrooves, approximately exposing &lt;111&gt; facets along [110] in 3C-SiC, a hexagonalphase content of 17.6 % was estimated. For all structures, phase pure nucleationwas shown by TEM imaging. Furthermore, coalescence was shown to be possibleafter nano SAG of c-GaN with dominant cubic phase. On BCP patterned holes thelowest hexagonal fraction observed was 29% after coalescence of GaN.