Masterarbeit zum Thema "Entwicklung von Pseudo-Substraten für das Wachstum von III-V Halbleitern"

Kennziffer ISE-2021-53

*Was Sie erwartet*
In der Abteilung „III-V Photovoltaik und Konzentratortechnologie“ am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE entwickeln wir hocheffiziente Mehrfachsolarzellen für Weltraum- und terrestrische Anwendungen. Dabei decken wir die gesamte Prozesskette von der Herstellung der Solarzellenschicht durch epitaktisches Wachstum mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE), über die Prozesstechnologie, bis hin zur Fertigstellung von Modulen ab. Es steht uns eine moderne Laborinfrastruktur für industrienahe Prozesse und Maschinen zur Verfügung.
Unsere höchsteffizienten III-V Solarzellen sind aus den Elementen der Gruppe III und V aufgebaut (beispielsweise GaxIn1 xAs oder GaxIn1-xP). Diese sogenannten Verbindungshalbleiter haben den Vorteil, dass sich Materialeigenschaften wie die Bandlücke oder die Gitterkonstante gezielt über die Komposition der Schichten einstellen lassen. Durch das Verfahren der Epitaxie können diese Materialien als hochwertige, einkristalline Schichten direkt aus der Gasphase abgeschieden werden. Die Abscheidung erfolgt dabei auf Substraten, welche die Kristallorientierung und so den Gitterparameter für das Wachstum der Schichten vorgeben. Um die Halbleiterschichten für die Solarzelle unverspannt und gitterangepasst aufwachsen zu können, werden geeignete Substrate benötigt, die jedoch nicht für jede Gitterkonstante erhältlich sind. Das Wachstum von metamorphen Puffern ermöglicht die Herstellung von „Pseudo-Substraten“ mit einstellbaren Gitterkonstanten. Dafür wird auf einem herkömmlichen Substrat (z.B. GaAs) eine Abfolge von mehreren Schichten gewachsen, bei denen schrittweise die Gitterkonstante erhöht wird, bis ein gewünschter Zielwert erreicht ist. Dies kann beispielsweise durch eine kontinuierliche Erhöhung des Indium-Gehalts in GaxIn1-xP Schichten realisiert werden. Allerdings entstehen dabei Spannungen im Kristall, es kann zu einem Aufrauen der Oberfläche kommen und es können Defektdichten ansteigen. Die Wafer beginnen zu verbiegen.
Eine gute Kontrolle des Wachstumsprozesses und eine hohe Materialqualität der Pseudo-Substrate ist essenziell, um in Folge Halbleiterschichten in hoher Güte aufzuwachsen und somit hocheffiziente Solarzellen zu ermöglichen. Die Herausforderung liegt darin, durch geeignete Wachstumsparameter für die metamorphen Puffer die Versetzungsdichte und Verbiegung der Wafer gering zu halten und eine glatte Oberflächenmorphologie zu erzielen. In der ausgeschriebenen Arbeit soll die Entwicklung von solchen Pseudo-Substraten vorangetrieben werden. Hierfür sollen verschiedene Konzepte des metamorphen Wachstums betrachtet und entsprechende Epitaxieschichten gewachsen werden. Diese sollen dann mittels verschiedener Halbleiter-Analysemethoden wie z.B. in-situ Reflektion, Röntgendiffraktometrie, Kathodolumineszenz, Rasterkraftelektronenmikroskopie und Rasterkraftmikroskopie bewertet werden.

*Ihre Aufgaben sind:*

• Herstellung und Weiterentwicklung von Pseudo-Substraten mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE)

• Optimierung der Prozessparameter zur Epitaxie von metamorphen Puffern

• Entwicklung verschiedener Pufferkonzepte durch Variation der Materialzusammensetzung

• Charakterisierung der hergestellten Strukturen zur Bestimmung der Materialqualität, wie Defektdichte und Oberflächenmorphologie (z.B. durch hoch aufgelöste Röntgenbeugung, Kathodolumineszenz, Rasterkraftmikroskopie)-

*Was Sie mitbringen*

• Studium der Materialwissenschaften, Kristallographie oder Physik

• Bereitschaft für ein Praktikum vor Beginn der Masterarbeit zur gründlichen Einarbeitung (nach Absprache)

• Kenntnisse im Bereich Epitaxiewachstum, Halbleiterphysik und Kristall-/Halbleiter-Charakterisierung sind von Vorteil

• Interesse an der engagierten Mitarbeit in einem hochaktuellen und spannenden Forschungsumfeld zusammen mit einem jungen motivierten internationalen Team

• Solide Kenntnisse von MS Office und Origin

• Flüssige Beherrschung von Englisch als Arbeitssprache

Fraunhofer ist die größte Organisation für anwendungsorientierte Forschung in Europa. Unsere Forschungsfelder richten sich nach den Bedürfnissen der Menschen: Gesundheit, Sicherheit, Kommunikation, Mobilität, Energie und Umwelt. Wir sind kreativ, wir gestalten Technik, wir entwerfen Produkte, wir verbessern Verfahren, wir eröffnen neue Wege.

Fragen zu dieser Position beantwortet gerne
David Lackner
Tel.: +49 (0)761 45 88-5332



Bitte richten Sie Ihre Bewerbung unter Angabe der Kennziffer an: ISE-2021-53
David.Lackner@ise.fraunhofer.de
(Anschreiben, CV und Zeugnisse in einem pdf-Dokument mit max. 10 MB)

Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme
Freiburg

http://www.ise.fraunhofer.de

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