1. Паўправаднікі трэцяга пакалення
Паўправадніковая тэхналогія першага пакалення была распрацавана на аснове такіх паўправадніковых матэрыялаў, як Si і Ge. Гэта матэрыяльная аснова для распрацоўкі транзістараў і тэхналогіі інтэгральных схем. Паўправадніковыя матэрыялы першага пакалення заклалі аснову электроннай прамысловасці ў 20 стагоддзі і з'яўляюцца асноўнымі матэрыяламі для тэхналогіі інтэгральных схем.
Паўправадніковыя матэрыялы другога пакалення ў асноўным уключаюць арсенід галію, фасфід індыя, фасфід галію, арсенід індыя, арсенід алюмінію і іх трайныя злучэнні. Паўправадніковыя матэрыялы другога пакалення з'яўляюцца асновай індустрыі оптаэлектроннай інфармацыі. На гэтай аснове былі распрацаваны адпаведныя галіны, такія як асвятленне, дысплей, лазер і фотаэлектрыка. Яны шырока выкарыстоўваюцца ў сучасных інфармацыйных тэхналогіях і індустрыі оптыка-электронных дысплеяў.
Рэпрэзентатыўныя матэрыялы паўправадніковых матэрыялаў трэцяга пакалення ўключаюць нітрыд галію і карбід крэмнію. З-за шырокай забароненай зоны, высокай хуткасці дрэйфу насычэння электронаў, высокай цеплаправоднасці і высокай напружанасці поля прабоя яны з'яўляюцца ідэальнымі матэрыяламі для падрыхтоўкі электронных прылад з высокай шчыльнасцю магутнасці, высокай частатой і малымі стратамі. Сярод іх прылады харчавання з карбіду крэмнію маюць такія перавагі, як высокая шчыльнасць энергіі, нізкае энергаспажыванне і малыя памеры, а таксама шырокія перспектывы прымянення ў новых энергетычных транспартных сродках, фотаэлектрыцы, чыгуначным транспарце, вялікіх дадзеных і іншых галінах. Радыёчастотныя прылады з нітрыду галію маюць такія перавагі, як высокая частата, высокая магутнасць, шырокая прапускная здольнасць, нізкае энергаспажыванне і малыя памеры, і маюць шырокія перспектывы прымянення ў сувязі 5G, Інтэрнеце рэчаў, ваенных радарах і іншых галінах. Акрамя таго, сілавыя прылады на аснове нітрыду галію атрымалі шырокае прымяненне ў галіне нізкага напружання. Акрамя таго, у апошнія гады чакаецца, што новыя матэрыялы з аксіду галію будуць тэхнічна ўзаемадапаўняльныя з існуючымі тэхналогіямі SiC і GaN і маюць патэнцыяльныя перспектывы прымянення ў нізкачашчынных і высокавольтных палях.
У параўнанні з паўправадніковымі матэрыяламі другога пакалення, паўправадніковыя матэрыялы трэцяга пакалення маюць шырэйшую шырыню забароненай зоны (шырыня забароненай зоны Si, тыповага матэрыялу паўправадніковага матэрыялу першага пакалення, складае каля 1,1 эВ, шырыня забароненай зоны GaAs, тыповая паўправадніковага матэрыялу другога пакалення складае каля 1,42 эВ, а шырыня забароненай зоны GaN, тыповага матэрыялу паўправадніковага матэрыялу трэцяга пакалення вышэй за 2,3 эВ), больш моцная ўстойлівасць да радыяцыі, больш моцная ўстойлівасць да прабоя электрычнага поля і больш высокая тэмпературная ўстойлівасць. Паўправадніковыя матэрыялы трэцяга пакалення з больш шырокай шырынёй забароненай зоны асабліва падыходзяць для вытворчасці радыяцыйна-ўстойлівых высокачашчынных электронных прылад высокай магутнасці і высокай шчыльнасці інтэграцыі. Іх прымяненне ў мікрахвалевых радыёчастотных прыладах, святлодыёдах, лазерах, сілавых прыладах і іншых галінах прыцягнула вялікую ўвагу, і яны паказалі шырокія перспектывы развіцця мабільнай сувязі, разумных сетак, чыгуначнага транспарту, новых энергетычных транспартных сродкаў, спажывецкай электронікі, ультрафіялетавага і сіняга колераў. -прыборы зялёнага святла [1].
Крыніца выявы: CASA, Навукова-даследчы інстытут каштоўных папер Zheshang
Малюнак 1. Маштаб часу і прагноз прылад харчавання GaN
Структура і характарыстыкі матэрыялу II GaN
GaN - гэта паўправаднік з прамой зонай зачыненай зоны. Шырыня забароненай зоны структуры вюрцыта пры пакаёвай тэмпературы складае каля 3,26 эВ. Матэрыялы GaN маюць тры асноўныя крышталічныя структуры, а менавіта структуру вюрцыта, структуру сфалерыту і структуру каменнай солі. Сярод іх структура вюрцыта з'яўляецца найбольш стабільнай крышталічнай структурай. Малюнак 2 - дыяграма гексаганальнай вюрцытавай структуры GaN. Структура вюрцыта матэрыялу GaN належыць да шасцікутнай шчыльнай структуры. Кожная элементарная ячэйка мае 12 атамаў, у тым ліку 6 атамаў N і 6 атамаў Ga. Кожны атам Ga (N) утварае сувязь з 4 бліжэйшымі атамамі N (Ga) і размешчаны ў парадку ABABAB… уздоўж напрамку [0001] [2].
Малюнак 2. Схема крышталічнай ячэйкі GaN са структурай вюрцыта
III Звычайна выкарыстоўваюцца падкладкі для эпітаксіі GaN
Здаецца, гамагенная эпітаксія на падкладках GaN з'яўляецца лепшым выбарам для эпітаксіі GaN. Аднак з-за вялікай энергіі сувязі GaN, калі тэмпература дасягае тэмпературы плаўлення 2500 ℃, яго адпаведны ціск раскладання складае каля 4,5 ГПа. Калі ціск раскладання ніжэйшы за гэты ціск, GaN не плавіцца, а раскладаецца непасрэдна. Гэта робіць развітыя тэхналогіі падрыхтоўкі падкладак, такія як метад Чахральскага, непрыдатнымі для падрыхтоўкі падкладак з монакрышталяў GaN, што робіць падкладкі GaN цяжкімі для масавай вытворчасці і дарагімі. Такім чынам, падкладкі, якія звычайна выкарыстоўваюцца ў эпітаксіяльным вырошчванні GaN, - гэта ў асноўным Si, SiC, сапфір і г.д. [3].
Дыяграма 3 GaN і параметры звычайна выкарыстоўваных матэрыялаў падкладкі
Эпітаксія GaN на сапфіры
Сапфір валодае стабільнымі хімічнымі ўласцівасцямі, танны і мае высокую спеласць у буйнамаштабнай прамысловасці. Такім чынам, ён стаў адным з самых ранніх і найбольш шырока выкарыстоўваных матэрыялаў падкладкі ў паўправадніковых прыборах. У якасці адной з шырока выкарыстоўваных падкладак для эпітаксіі GaN асноўныя праблемы, якія неабходна вырашыць для сапфіравых падкладак:
✔ З-за вялікага неадпаведнасці рашоткі паміж сапфірам (Al2O3) і GaN (каля 15%), шчыльнасць дэфектаў на мяжы паміж эпітаксійным пластом і падкладкай вельмі высокая. Каб паменшыць яго негатыўнае ўздзеянне, перад пачаткам працэсу эпітаксіі падкладку неабходна падвергнуць комплекснай папярэдняй апрацоўцы. Перш чым вырошчваць эпітаксію GaN на сапфіравых падкладках, паверхня падкладкі павінна быць спачатку строга ачышчана, каб выдаліць забруджванні, рэшткавыя пашкоджанні ад паліроўкі і г.д., а таксама стварыць прыступкі і структуры паверхні прыступак. Затым паверхня падкладкі азотуецца, каб змяніць змочвальныя ўласцівасці эпітаксіяльнага пласта. Нарэшце, тонкі буферны пласт AlN (звычайна таўшчынёй 10-100 нм) неабходна нанесці на паверхню падкладкі і адпаліць пры нізкай тэмпературы для падрыхтоўкі да канчатковага эпітаксійнага росту. Нягледзячы на гэта, шчыльнасць дыслакацый у эпітаксіяльных плёнках GaN, вырашчаных на сапфіравых падкладках, па-ранейшаму вышэй, чым у гомаэпітаксіяльных плёнках (каля 1010 см-2 у параўнанні з практычна нулявой шчыльнасцю дыслакацый у гомаэпітаксіяльных плёнках з крэмнію або гомаэпітаксіяльных плёнках з арсеніду галію, або паміж 102 і 104 см-2). 2). Больш высокая шчыльнасць дэфектаў зніжае рухомасць носьбітаў, тым самым скарачаючы тэрмін службы нязначных носьбітаў і зніжаючы цеплаправоднасць, што прывядзе да зніжэння прадукцыйнасці прылады [4];
✔ Каэфіцыент цеплавога пашырэння сапфіра большы, чым у GaN, таму ў працэсе астуджэння ад тэмпературы нанясення да пакаёвай тэмпературы ў эпітаксіяльным пласце будзе стварацца двухвосевае напружанне сціску. Для больш тоўстых эпітаксіяльных плёнак гэта напружанне можа выклікаць парэпанне плёнкі ці нават падкладкі;
✔ У параўнанні з іншымі падкладкамі, цеплаправоднасць сапфіравых падкладак ніжэй (прыкладна 0,25 Вт*см-1*K-1 пры 100 ℃), а характарыстыкі рассейвання цяпла дрэнныя;
✔ З-за дрэннай праводнасці сапфіравыя падкладкі не спрыяюць іх інтэграцыі і ўжыванню з іншымі паўправадніковымі прыладамі.
Хоць шчыльнасць дэфектаў эпітаксіяльных слаёў GaN, вырашчаных на сапфіравых падкладках, высокая, здаецца, гэта не значна зніжае оптаэлектронныя характарыстыкі сіне-зялёных святлодыёдаў на аснове GaN, таму сапфіравыя падкладкі па-ранейшаму застаюцца шырока выкарыстоўванымі падкладкамі для святлодыёдаў на аснове GaN.
З распрацоўкай больш новых ужыванняў прылад GaN, такіх як лазеры або іншыя прылады з высокай шчыльнасцю электраэнергіі, дэфекты, уласцівыя сапфіравым падкладкам, усё часцей становяцца абмежаваннем іх прымянення. Акрамя таго, з развіццём тэхналогіі вырошчвання падкладкі SiC, зніжэннем выдаткаў і сталасцю эпітаксіяльнай тэхналогіі GaN на падкладках Si дадатковыя даследаванні па вырошчванні эпітаксіяльных слаёў GaN на сапфіравых падкладках паступова паказалі тэндэнцыю да астуджэння.
Эпітаксія GaN на SiC
У параўнанні з сапфірам падкладкі SiC (4H- і 6H-крышталі) маюць меншае неадпаведнасць рашоткі з эпітаксіяльнымі пластамі GaN (3,1%, эквівалентна [0001] арыентаваным эпітаксіяльным плёнкам), больш высокую цеплаправоднасць (каля 3,8 Вт*см-1*К). -1) і г. д. Акрамя таго, праводнасць падкладак SiC таксама дазваляе ствараць электрычныя кантакты на адваротным баку падкладкі, што дапамагае спрасціць канструкцыю прылады. Існаванне гэтых пераваг прыцягвае ўсё больш даследчыкаў да працы над эпітаксіяй GaN на падкладках з карбіду крэмнію.
Аднак праца непасрэдна на падкладках з карбіду карбіду, каб пазбегнуць росту слаёў GaN, таксама сутыкаецца з шэрагам недахопаў, у тым ліку наступным:
✔ Шурпатасць паверхні падкладак SiC значна вышэйшая, чым у сапфіравых (шурпатасць сапфіра 0,1 нм RMS, шурпатасць SiC 1 нм RMS), падкладкі SiC маюць высокую цвёрдасць і нізкія характарыстыкі апрацоўкі, і гэтая шурпатасць і рэшткавыя пашкоджанні ад паліроўкі таксама з'яўляюцца адным з крыніцы дэфектаў у пластах GaN.
✔ Шчыльнасць шрубавых дыслакацый падкладак SiC высокая (шчыльнасць дыслакацый 103-104 см-2), шрубавыя дыслакацыі могуць распаўсюджвацца на пласт GaN і зніжаць прадукцыйнасць прылады;
✔ Размяшчэнне атамаў на паверхні падкладкі выклікае ўтварэнне дэфектаў кладкі (BSF) у слоі GaN. Для эпітаксіяльнага GaN на падкладках SiC існуе некалькі магчымых парадкаў размяшчэння атамаў на падкладцы, што прыводзіць да супярэчлівага пачатковага парадку кладкі атамаў эпітаксіяльнага пласта GaN на ёй, які схільны да памылак кладкі. Памылкі стэкавання (SF) ствараюць убудаваныя электрычныя палі ўздоўж восі с, што прыводзіць да такіх праблем, як уцечка прылад падзелу носьбіта ў плоскасці;
✔ Каэфіцыент цеплавога пашырэння падкладкі SiC меншы, чым у AlN і GaN, што выклікае назапашванне цеплавога напружання паміж эпітаксіяльным пластом і падкладкай у працэсе астуджэння. Уолтэрайт і Бранд прадказалі на падставе вынікаў сваіх даследаванняў, што гэтую праблему можна палегчыць або вырашыць шляхам вырошчвання эпітаксіяльных слаёў GaN на тонкіх, кагерэнтна напружаных пластах зараджэння AlN;
✔ Праблема дрэннай змочваемасці атамаў Ga. Пры вырошчванні эпітаксіяльных слаёў GaN непасрэдна на паверхні SiC з-за дрэннай змочвальнасці паміж двума атамамі GaN схільны да росту трохмерных астраўкоў на паверхні падкладкі. Увядзенне буфернага пласта з'яўляецца найбольш часта выкарыстоўваным рашэннем для паляпшэння якасці эпітаксіяльных матэрыялаў у эпітаксіі GaN. Увядзенне буфернага пласта AlN або AlxGa1-xN можа эфектыўна палепшыць змочвальнасць паверхні SiC і прымусіць эпітаксіяльны пласт GaN расці ў двух вымярэннях. Акрамя таго, ён таксама можа рэгуляваць напружанне і прадухіляць распаўсюджванне дэфектаў падкладкі на эпітаксію GaN;
✔ Тэхналогія падрыхтоўкі падкладак з карбіду карбіду няспелая, кошт падкладкі высокі, мала пастаўшчыкоў і мала прапановы.
Даследаванні Торэса і іншых паказваюць, што пратручванне падкладкі SiC H2 пры высокай тэмпературы (1600°C) перад эпітаксіяй можа стварыць больш упарадкаваную ступеньчатую структуру на паверхні падкладкі, такім чынам, атрымліваючы больш якасную эпітаксіяльную плёнку AlN, чым калі гэта адбываецца непасрэдна вырашчаны на зыходнай паверхні субстрата. Даследаванні Се і яго каманды таксама паказваюць, што папярэдняя апрацоўка падкладкі з карбіду крэмнія можа значна палепшыць марфалогію паверхні і якасць крышталя эпітаксіяльнага пласта GaN. Сміт і інш. выявілі, што дыслакацыі разьбы, якія адбываюцца з інтэрфейсаў падкладкі/буфернага пласта і буфернага пласта/эпітаксіяльнага пласта, звязаны з плоскасцю падкладкі [5].
Малюнак 4 Марфалогія ПЭМ узораў эпітаксіяльнага пласта GaN, вырашчаных на падкладцы 6H-SiC (0001) пры розных умовах апрацоўкі паверхні (а) хімічная ачыстка; (б) хімічная ачыстка + апрацоўка вадароднай плазмай; (с) хімічная ачыстка + вадародная плазменная апрацоўка + 1300 ℃ вадародная тэрмаапрацоўка на працягу 30 хвілін
Эпітаксія GaN на Si
У параўнанні з карбідам крэмнію, сапфірам і іншымі падкладкамі, працэс падрыхтоўкі крэмніевай падкладкі з'яўляецца спелым, і ён можа стабільна забяспечваць сталыя падкладкі вялікага памеру з высокай эканамічнай прадукцыйнасцю. У той жа час цеплаправоднасць і электраправоднасць добрыя, а працэс электронных прылад Si спелы. Магчымасць ідэальнай інтэграцыі оптаэлектронных прылад GaN з электроннымі прыладамі Si ў будучыні таксама робіць рост эпітаксіі GaN на крэмніі вельмі прывабным.
Аднак з-за вялікай розніцы ў канстантах рашоткі паміж падкладкай Si і матэрыялам GaN гетэрагенная эпітаксія GaN на падкладцы Si з'яўляецца тыповай эпітаксіяй з вялікім неадпаведнасцю, і яна таксама павінна сутыкнуцца з шэрагам праблем:
✔ Праблема энергіі паверхні інтэрфейсу. Калі GaN расце на Si-субстраце, паверхня Si-субстрата спачатку будзе азотіравана, каб утварыць аморфны нітрыд крэмнію, які не спрыяе зараджэнню і росту GaN высокай шчыльнасці. Акрамя таго, паверхня Si спачатку кантактуе з Ga, што прывядзе да карозіі паверхні падкладкі Si. Пры высокіх тэмпературах раскладанне паверхні Si будзе дыфузаваць у эпітаксіяльны пласт GaN з адукацыяй чорных крамянёвых плям.
✔ Неадпаведнасць сталай рашоткі паміж GaN і Si вялікая (~17%), што прывядзе да адукацыі разьбовых дыслакацый высокай шчыльнасці і значна знізіць якасць эпітаксіяльнага пласта;
✔ У параўнанні з Si, GaN мае большы каэфіцыент цеплавога пашырэння (каэфіцыент цеплавога пашырэння GaN складае каля 5,6×10-6K-1, каэфіцыент цеплавога пашырэння Si складае каля 2,6×10-6K-1), і ў GaN могуць узнікнуць расколіны. эпитаксиального пласта пры астуджэнні эпитаксиальной тэмпературы да пакаёвай тэмпературы;
✔ Si рэагуе з NH3 пры высокіх тэмпературах з адукацыяй полікрышталічнага SiNx. AlN не можа ўтварыць пераважна арыентаванае ядро на полікрышталічным SiNx, што прыводзіць да неўпарадкаванай арыентацыі пасля вырашчанага пласта GaN і вялікай колькасці дэфектаў, што прыводзіць да нізкай якасці крышталя эпітаксіяльнага пласта GaN і нават да цяжкасцей у фарміраванні монакрышталічнага пласта. Эпітаксійны пласт GaN [6].
Каб вырашыць праблему вялікага неадпаведнасці рашотак, даследчыкі паспрабавалі ўвесці такія матэрыялы, як AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO і SiC, у якасці буферных слаёў на падкладках Si. Каб пазбегнуць утварэння полікрышталічнага SiNx і паменшыць яго адмоўны ўплыў на якасць крышталя матэрыялаў GaN/AlN/Si (111), звычайна патрабуецца ўводзіць TMAl на працягу пэўнага перыяду часу перад эпітаксіяльным ростам буфернага пласта AlN. каб прадухіліць рэакцыю NH3 з адкрытай паверхняй Si з адукацыяй SiNx. Акрамя таго, эпітаксіяльныя тэхналогіі, такія як тэхналогія ўзорыстай падкладкі, могуць выкарыстоўвацца для паляпшэння якасці эпітаксіяльнага пласта. Распрацоўка гэтых тэхналогій дапамагае інгібіраваць адукацыю SiNx на эпітаксіяльнай мяжы, садзейнічаць двухмернаму росту эпітаксіяльнага пласта GaN і паляпшаць якасць росту эпітаксіяльнага пласта. Акрамя таго, буферны пласт AlN уведзены для кампенсацыі напружання расцяжэння, выкліканага розніцай у каэфіцыентах цеплавога пашырэння, каб пазбегнуць расколін у эпітаксіяльным пласце GaN на крамянёвай падкладцы. Даследаванні Кроста паказваюць, што існуе станоўчая карэляцыя паміж таўшчынёй буфернага пласта AlN і памяншэннем дэфармацыі. Калі таўшчыня буфернага пласта дасягае 12 нм, эпітаксійны пласт таўшчынёй больш за 6 мкм можна вырасціць на крэмніевай падкладцы з дапамогай адпаведнай схемы росту без парэпання эпітаксіяльнага пласта.
Пасля працяглых намаганняў даследчыкаў якасць эпітаксіяльных слаёў GaN, вырашчаных на крэмніевых падкладках, была значна палепшана, і такія прылады, як палявыя транзістары, ультрафіялетавыя дэтэктары з бар'ерам Шоткі, сіне-зялёныя святлодыёды і ультрафіялетавыя лазеры, дасягнулі значнага прагрэсу.
Падводзячы вынік, паколькі ўсе звычайна выкарыстоўваюцца эпітаксіяльныя падкладкі GaN з'яўляюцца гетэрагеннай эпітаксіяй, усе яны сутыкаюцца з агульнымі праблемамі, такімі як неадпаведнасць рашоткі і вялікія адрозненні ў каэфіцыентах цеплавога пашырэння ў рознай ступені. Гамагенныя эпітаксіяльныя падкладкі GaN абмежаваныя сталасцю тэхналогіі, і падкладкі яшчэ не вырабляюцца ў серыйным рэжыме. Вытворчы кошт высокі, памер падкладкі невялікі, а якасць падкладкі неідэальная. Распрацоўка новых эпітаксіяльных падкладак GaN і паляпшэнне якасці эпітаксіі па-ранейшаму з'яўляюцца адным з важных фактараў, якія стрымліваюць далейшае развіццё індустрыі эпітаксіі GaN.
IV. Агульныя метады эпітаксіі GaN
MOCVD (хімічнае асаджэнне з паравай фазы)
Здаецца, гамагенная эпітаксія на падкладках GaN з'яўляецца лепшым выбарам для эпітаксіі GaN. Аднак, паколькі папярэднікамі хімічнага асаджэння з пар з'яўляюцца трыметылгалій і аміяк, а газам-носьбітам з'яўляецца вадарод, тыповая тэмпература росту MOCVD складае каля 1000-1100 ℃, а хуткасць росту MOCVD складае каля некалькіх мікрон у гадзіну. Ён можа ствараць стромкія інтэрфейсы на атамным узроўні, што вельмі падыходзіць для вырошчвання гетэрапераходаў, квантавых ям, звышрашотак і іншых структур. Яго хуткія тэмпы росту, добрая аднастайнасць і прыдатнасць для вырошчвання на вялікіх плошчах і ў некалькіх частках часта выкарыстоўваюцца ў прамысловай вытворчасці.
MBE (малекулярна-прамянёвая эпітаксія)
У малекулярна-прамянёвай эпітаксіі Ga выкарыстоўвае элементарную крыніцу, а актыўны азот атрымліваецца з азоту праз радыёчастотную плазму. У параўнанні з метадам MOCVD, тэмпература росту MBE прыкладна на 350-400 ℃ ніжэй. Больш нізкая тэмпература росту можа пазбегнуць пэўнага забруджвання, якое можа быць выклікана высокімі тэмпературамі асяроддзя. Сістэма MBE працуе ва ўмовах звышвысокага вакууму, што дазваляе інтэграваць больш метадаў выяўлення на месцы. У той жа час яго хуткасць росту і вытворчая магутнасць не могуць параўнацца з MOCVD, і ён больш выкарыстоўваецца ў навуковых даследаваннях [7].
Малюнак 5 (а) Схема Eiko-MBE (b) Схема асноўнай рэакцыйнай камеры MBE
Метад HVPE (парагідрыдная эпітаксія)
Прадвеснікамі метаду парагідрыднай эпітаксіі з'яўляюцца GaCl3 і NH3. Detchprohm і інш. выкарыстаў гэты метад для вырошчвання эпітаксіяльнага пласта GaN таўшчынёй у сотні мікрон на паверхні сапфіравай падкладкі. У іх эксперыменце пласт ZnO быў вырашчаны паміж сапфіравай падкладкай і эпітаксіяльным пластом у якасці буфернага пласта, і эпітаксіяльны пласт быў адслаены ад паверхні падкладкі. У параўнанні з MOCVD і MBE галоўнай асаблівасцю метаду HVPE з'яўляецца яго высокая хуткасць росту, якая падыходзіць для вытворчасці тоўстых слаёў і сыпкіх матэрыялаў. Аднак, калі таўшчыня эпітаксіяльнага пласта перавышае 20 мкм, эпітаксіяльны пласт, атрыманы гэтым метадам, схільны да расколін.
Akira USUI прадставіў тэхналогію ўзорнай падкладкі, заснаваную на гэтым метадзе. Спачатку яны вырасцілі тонкі эпітаксіяльны пласт GaN таўшчынёй 1-1,5 мкм на сапфіравай падкладцы з выкарыстаннем метаду MOCVD. Эпітаксійны пласт складаўся з буфернага пласта GaN таўшчынёй 20 нм, вырашчанага ва ўмовах нізкай тэмпературы, і пласта GaN, вырашчанага ва ўмовах высокай тэмпературы. Затым пры 430 ℃ на паверхню эпітаксіяльнага пласта наносілі пласт SiO2, а на плёнцы SiO2 з дапамогай фоталітаграфіі рабілі вокны. Адлегласць паміж палосамі складала 7 мкм, а шырыня маскі вагалася ад 1 мкм да 4 мкм. Пасля гэтага ўдасканалення яны атрымалі эпітаксіяльны пласт GaN на сапфіравай падкладцы дыяметрам 2 цалі, якая была гладкай, як люстэрка, без расколін, нават калі таўшчыня павялічылася да дзесяткаў ці нават сотняў мікрон. Шчыльнасць дэфектаў была зніжана з 109-1010 см-2 традыцыйнага метаду HVPE прыкладна да 6×107 см-2. У эксперыменце яны таксама адзначылі, што калі хуткасць росту перавышае 75 мкм/г, паверхня ўзору стане шурпатай [8].
Малюнак 6 Графічная схема падкладкі
V. Рэзюмэ і прагноз
Матэрыялы GaN пачалі з'яўляцца ў 2014 годзе, калі святлодыёд сіняга святла атрымаў Нобелеўскую прэмію па фізіцы ў тым жа годзе і ўвайшоў у сферу прымянення хуткай зарадкі ў бытавой электроніцы. Фактычна, таксама ціха з'явіліся прыкладанні ў узмацняльніках магутнасці і радыёчастотных прыладах, якія выкарыстоўваюцца ў базавых станцыях 5G, якія большасць людзей не бачыць. Чакаецца, што ў апошнія гады прарыў аўтамабільных сілавых прылад на аснове GaN адкрые новыя кропкі росту для рынку прымянення матэрыялаў GaN.
Велізарны рынкавы попыт, безумоўна, будзе спрыяць развіццю галін і тэхналогій, звязаных з GaN. Са сталасцю і ўдасканаленнем прамысловай ланцужкі, звязанай з GaN, праблемы, з якімі сутыкаецца цяперашняя тэхналогія эпітаксіі GaN, у канчатковым выніку будуць палепшаны або пераадолены. У будучыні людзі напэўна будуць распрацоўваць больш новых эпітаксіяльных тэхналогій і больш выдатных варыянтаў падкладак. Да таго часу людзі змогуць выбраць найбольш прыдатную тэхналогію знешніх даследаванняў і падкладку для розных сцэнарыяў прымянення ў адпаведнасці з характарыстыкамі сцэнарыяў прымянення, а таксама вырабляць найбольш канкурэнтаздольныя індывідуальныя прадукты.
Час публікацыі: 28 чэрвеня 2024 г