معرفی مختصر نیمه هادی GaN نسل سوم و فناوری اپیتاکسیال مرتبط

1. نیمه هادی های نسل سوم

فناوری نیمه هادی نسل اول بر اساس مواد نیمه هادی مانند Si و Ge توسعه یافت. این پایه مادی برای توسعه ترانزیستورها و فناوری مدار مجتمع است. مواد نیمه هادی نسل اول پایه و اساس صنعت الکترونیک را در قرن بیستم گذاشتند و مواد اولیه برای فناوری مدارهای مجتمع هستند.

مواد نیمه هادی نسل دوم عمدتاً شامل آرسنید گالیم، فسفید ایندیم، فسفید گالیم، آرسنید ایندیم، آرسنید آلومینیوم و ترکیبات سه تایی آنها می باشد. مواد نیمه هادی نسل دوم پایه و اساس صنعت اطلاعات نوری هستند. بر این اساس صنایع مرتبط مانند روشنایی، نمایشگر، لیزر و فتوولتائیک توسعه یافته است. آنها به طور گسترده در فناوری اطلاعات معاصر و صنایع نمایشگر نوری استفاده می شوند.

مواد نماینده مواد نیمه هادی نسل سوم شامل نیترید گالیم و کاربید سیلیکون است. با توجه به شکاف باند وسیع، سرعت رانش اشباع الکترون بالا، هدایت حرارتی بالا و قدرت میدان شکست بالا، آنها مواد ایده آلی برای تهیه دستگاه های الکترونیکی با چگالی توان بالا، فرکانس بالا و کم تلفات هستند. در میان آنها، دستگاه های قدرت کاربید سیلیکون دارای مزایای چگالی انرژی بالا، مصرف انرژی کم و اندازه کوچک هستند و چشم انداز کاربرد گسترده ای در وسایل نقلیه انرژی جدید، فتوولتائیک، حمل و نقل ریلی، داده های بزرگ و سایر زمینه ها دارند. دستگاه‌های RF نیترید گالیوم دارای مزایای فرکانس بالا، توان بالا، پهنای باند وسیع، مصرف انرژی کم و اندازه کوچک هستند و دارای چشم‌انداز کاربردی گسترده‌ای در ارتباطات 5G، اینترنت اشیا، رادار نظامی و سایر زمینه‌ها هستند. علاوه بر این، دستگاه های برق مبتنی بر نیترید گالیوم به طور گسترده در زمینه ولتاژ پایین استفاده شده است. علاوه بر این، در سال‌های اخیر، انتظار می‌رود که مواد اکسید گالیوم در حال ظهور، مکمل فنی با فناوری‌های SiC و GaN موجود باشند و چشم‌اندازهای کاربردی بالقوه‌ای در زمینه‌های فرکانس پایین و ولتاژ بالا داشته باشند.

در مقایسه با مواد نیمه هادی نسل دوم، مواد نیمه هادی نسل سوم دارای عرض باند وسیع تری هستند (عرض باند Si، یک ماده معمولی از مواد نیمه هادی نسل اول، حدود 1.1eV است، عرض شکاف باند GaAs، یک نوع معمولی است. مواد نیمه هادی نسل دوم، حدود 1.42 ولت است و عرض باند گپ GaN، یک ماده معمولی از مواد نیمه هادی نسل سوم، بالاتر از 2.3eV است، مقاومت در برابر تشعشع قوی تر، مقاومت قوی تر در برابر شکست میدان الکتریکی و مقاومت در برابر دمای بالاتر است. مواد نیمه هادی نسل سوم با عرض باند وسیع تر به ویژه برای تولید دستگاه های الکترونیکی مقاوم در برابر تشعشع، فرکانس بالا، توان بالا و چگالی بالا مناسب هستند. کاربردهای آنها در دستگاه‌های فرکانس رادیویی مایکروویو، ال‌ای‌دی‌ها، لیزرها، دستگاه‌های قدرت و سایر زمینه‌ها توجه زیادی را به خود جلب کرده است و چشم‌انداز توسعه گسترده‌ای را در ارتباطات سیار، شبکه‌های هوشمند، حمل‌ونقل ریلی، وسایل نقلیه با انرژی جدید، لوازم الکترونیکی مصرفی، و اشعه ماوراء بنفش و آبی نشان داده‌اند. -دستگاه های چراغ سبز [1].

منبع تصویر: CASA، موسسه تحقیقات اوراق بهادار ژشانگ

شکل 1 مقیاس زمانی و پیش‌بینی دستگاه قدرت GaN

ساختار و ویژگی‌های مواد II GaN

GaN یک نیمه هادی باندگپ مستقیم است. عرض bandgap ساختار wurtzite در دمای اتاق حدود 3.26eV است. مواد GaN دارای سه ساختار کریستالی اصلی، یعنی ساختار wurtzite، ساختار اسفالریت و ساختار نمک سنگ هستند. در میان آنها ساختار wurtzite پایدارترین ساختار بلوری است. شکل 2 نموداری از ساختار ورتزیت شش ضلعی GaN است. ساختار wurtzite ماده GaN متعلق به یک ساختار بسته بندی نزدیک شش ضلعی است. هر سلول واحد دارای 12 اتم است که شامل 6 اتم N و 6 اتم Ga است. هر اتم Ga (N) با 4 اتم N (Ga) یک پیوند تشکیل می دهد و به ترتیب ABABAB ... در امتداد جهت [0001] [2] روی هم قرار می گیرد.

شکل 2 ساختار ورتزیت نمودار سلول کریستالی GaN

III بسترهای رایج برای اپیتاکسی GaN

به نظر می رسد اپیتاکسی همگن روی بسترهای GaN بهترین انتخاب برای اپیتاکسی GaN باشد. با این حال، به دلیل انرژی پیوند بزرگ GaN، هنگامی که دما به نقطه ذوب 2500 درجه سانتیگراد می رسد، فشار تجزیه مربوطه آن حدود 4.5GPa است. هنگامی که فشار تجزیه کمتر از این فشار باشد، GaN ذوب نمی شود بلکه مستقیماً تجزیه می شود. این باعث می شود که فناوری های آماده سازی بستر بالغ مانند روش Czochralski برای تهیه بسترهای تک کریستالی GaN نامناسب باشند و تولید انبوه زیرلایه های GaN را دشوار و پرهزینه می کند. بنابراین، بسترهایی که معمولاً در رشد همپایی GaN استفاده می شوند، عمدتاً Si، SiC، یاقوت کبود و غیره هستند [3].

نمودار 3 GaN و پارامترهای مواد بستر متداول

اپیتاکسی GaN روی یاقوت کبود

یاقوت کبود دارای خواص شیمیایی پایدار، ارزان است و بلوغ بالایی در صنعت تولید در مقیاس بزرگ دارد. بنابراین، به یکی از اولین و پرکاربردترین مواد بستر در مهندسی دستگاه های نیمه هادی تبدیل شده است. به عنوان یکی از بسترهای متداول برای اپیتاکسی GaN، مشکلات اصلی که برای زیرلایه های یاقوت کبود باید حل شود عبارتند از:

✔ به دلیل عدم تطابق شبکه بزرگ بین یاقوت کبود (Al2O3) و GaN (حدود 15٪)، چگالی نقص در سطح مشترک بین لایه همپایی و بستر بسیار زیاد است. به منظور کاهش اثرات نامطلوب آن، بستر باید قبل از شروع فرآیند اپیتاکسی تحت پیش تصفیه پیچیده قرار گیرد. قبل از رشد اپیتاکسی GaN بر روی بسترهای یاقوت کبود، ابتدا سطح بستر باید به شدت تمیز شود تا آلاینده‌ها، آسیب‌های پرداخت باقی‌مانده و غیره از بین برود و پله‌ها و ساختارهای سطح پله تولید شوند. سپس سطح زیرلایه نیترید می شود تا خاصیت مرطوب کنندگی لایه اپیتاکسیال تغییر کند. در نهایت، یک لایه بافر AlN نازک (معمولا ضخامت 10-100 نانومتر) باید بر روی سطح بستر قرار گیرد و در دمای پایین آنیل شود تا برای رشد اپیتاکسیال نهایی آماده شود. با این حال، چگالی دررفتگی در لایه‌های هماپیتاکسی GaN رشد یافته روی لایه‌های یاقوت کبود همچنان بالاتر از فیلم‌های هماپیتاکسیال است (حدود 1010 سانتی‌متر-2، در مقایسه با چگالی دررفتگی اساساً صفر در فیلم‌های هماپیتاکسی سیلیکونی یا فیلم‌های هماپیتاکسی گالیم آرسنید، یا بین 2-104 سانتی‌متر، یا بین 1010 سانتی‌متر. 2). تراکم نقص بالاتر تحرک حامل را کاهش می دهد، در نتیجه طول عمر حامل اقلیت را کوتاه می کند و هدایت حرارتی را کاهش می دهد، که همه اینها عملکرد دستگاه را کاهش می دهد [4].

✔ ضریب انبساط حرارتی یاقوت کبود بیشتر از GaN است، بنابراین تنش فشاری دو محوره در طی فرآیند خنک‌سازی از دمای رسوب به دمای اتاق در لایه اپیتاکسیال ایجاد می‌شود. برای لایه های اپیتاکسیال ضخیم تر، این تنش ممکن است باعث ترک خوردن لایه یا حتی زیرلایه شود.

✔ در مقایسه با سایر بسترها، هدایت حرارتی بسترهای یاقوت کبود کمتر است (حدود 0.25W *cm-1*K-1 در 100℃)، و عملکرد اتلاف گرما ضعیف است.

✔ به دلیل رسانایی ضعیف، بسترهای یاقوت کبود برای ادغام و کاربرد آنها با سایر دستگاه های نیمه هادی مناسب نیستند.

اگرچه تراکم نقص لایه‌های هم‌پایه GaN که روی بسترهای یاقوت کبود رشد می‌کنند زیاد است، به نظر نمی‌رسد که عملکرد نوری ال‌ای‌دی‌های سبز-آبی مبتنی بر GaN را به طور قابل توجهی کاهش دهد، بنابراین بسترهای یاقوت کبود هنوز هم بسترهای معمولی برای LED‌های مبتنی بر GaN هستند.

با توسعه کاربردهای جدید بیشتر دستگاه‌های GaN مانند لیزر یا سایر دستگاه‌های قدرت با چگالی بالا، عیوب ذاتی زیرلایه‌های یاقوت کبود به طور فزاینده‌ای به محدودیتی در کاربرد آنها تبدیل شده‌اند. علاوه بر این، با توسعه فناوری رشد بستر SiC، کاهش هزینه و بلوغ فناوری همپایی GaN بر روی بسترهای Si، تحقیقات بیشتر در مورد رشد لایه‌های هم‌پایه GaN بر روی بسترهای یاقوت کبود به تدریج روند خنک‌سازی را نشان داده است.

اپیتاکسی GaN روی SiC

در مقایسه با یاقوت کبود، زیرلایه‌های SiC (کریستال‌های 4H- و 6H) دارای عدم تطابق شبکه کوچک‌تری با لایه‌های همپای GaN (3.1٪، معادل لایه‌های همپایی جهت [0001])، هدایت حرارتی بالاتر (حدود 3.8W*cm-1*K) هستند. -1) و غیره. علاوه بر این، رسانایی بسترهای SiC همچنین به تماس های الکتریکی اجازه می دهد در پشت بستر ساخته شود که به ساده سازی ساختار دستگاه کمک می کند. وجود این مزایا باعث شده است که محققان بیشتر و بیشتری بر روی اپیتاکسی GaN بر روی بسترهای کاربید سیلیکون کار کنند.

با این حال، کار مستقیم بر روی بسترهای SiC برای جلوگیری از رشد لایه های اپی GaN نیز با یک سری معایب مواجه است، از جمله موارد زیر:

✔ زبری سطح زیرلایه های SiC بسیار بیشتر از زیرلایه های یاقوت کبود است (زبری یاقوت کبود 0.1 نانومتر RMS، زبری SiC 1 نانومتر RMS)، زیرلایه های SiC دارای سختی بالا و عملکرد پردازش ضعیف هستند و این زبری و آسیب پرداخت باقیمانده نیز یکی از موارد است. منابع نقص در لایه های اپی GaN

✔ چگالی دررفتگی پیچ بسترهای SiC زیاد است (تراکم دررفتگی 103-104cm-2)، دررفتگی پیچ ممکن است به لایه اپی GaN منتشر شود و عملکرد دستگاه را کاهش دهد.

✔ آرایش اتمی روی سطح بستر باعث ایجاد گسل های انباشتگی (BSFs) در لایه لایه GaN می شود. برای GaN همپایی بر روی بسترهای SiC، چندین ترتیب آرایش اتمی ممکن بر روی بستر وجود دارد، که منجر به ترتیب اولیه انباشته شدن اتمی لایه GaN همپایه روی آن می شود، که مستعد خطاهای انباشتگی است. خطاهای پشته‌ای (SF) میدان‌های الکتریکی داخلی را در امتداد محور c ایجاد می‌کنند که منجر به مشکلاتی مانند نشت دستگاه‌های جداکننده حامل درون صفحه می‌شود.

✔ ضریب انبساط حرارتی بستر SiC کمتر از AlN و GaN است که باعث تجمع تنش حرارتی بین لایه اپیتاکسیال و بستر در طی فرآیند خنک‌سازی می‌شود. Waltereit و Brand بر اساس نتایج تحقیقات خود پیش‌بینی کردند که این مشکل را می‌توان با رشد لایه‌های همپای GaN بر روی لایه‌های نازک و منسجم هسته‌سازی AlN کاهش یا حل کرد.

✔ مشکل ترشوندگی ضعیف اتم های Ga. هنگام رشد لایه های همپای GaN به طور مستقیم بر روی سطح SiC، به دلیل ترشوندگی ضعیف بین دو اتم، GaN مستعد رشد جزیره سه بعدی در سطح بستر است. معرفی یک لایه بافر رایج ترین راه حل برای بهبود کیفیت مواد همپایی در اپیتاکسی GaN است. معرفی یک لایه بافر AlN یا AlxGa1-xN می تواند به طور موثری ترشوندگی سطح SiC را بهبود بخشد و باعث رشد لایه همپای GaN در دو بعدی شود. علاوه بر این، همچنین می تواند تنش را تنظیم کند و از گسترش عیوب بستر به اپیتاکسی GaN جلوگیری کند.

✔ تکنولوژی آماده سازی بسترهای SiC نابالغ است، هزینه بستر بالا است، و تامین کنندگان کم و عرضه کمی وجود دارد.

تحقیقات تورس و همکاران نشان می دهد که اچ کردن زیرلایه SiC با H2 در دمای بالا (1600 درجه سانتیگراد) قبل از اپیتاکسی می تواند ساختار پله ای منظم تری را روی سطح بستر ایجاد کند و در نتیجه یک فیلم همپای AlN با کیفیت بالاتر نسبت به زمانی که مستقیماً است به دست می آورد. روی سطح بستر اصلی رشد کرده است. تحقیقات زی و تیمش همچنین نشان می‌دهد که پیش‌فرآوری زیرلایه کاربید سیلیکون می‌تواند به طور قابل توجهی مورفولوژی سطح و کیفیت کریستال لایه همپای GaN را بهبود بخشد. اسمیت و همکاران دریافتند که نابجایی‌های نخی که از لایه‌های زیرلایه/بافر و لایه‌های بافر/لایه همپایه منشأ می‌گیرند به صافی زیرلایه مربوط می‌شوند [5].

شکل 4 مورفولوژی TEM نمونه‌های لایه همپای GaN که روی بستر 6H-SiC (0001) تحت شرایط مختلف عملیات سطحی رشد کرده‌اند (الف) تمیز کردن شیمیایی. (ب) تمیز کردن شیمیایی + تصفیه پلاسمای هیدروژن؛ (ج) تمیز کردن شیمیایی + درمان پلاسمای هیدروژن + عملیات حرارتی هیدروژن 1300 ℃ به مدت 30 دقیقه

اپیتاکسی GaN روی Si

در مقایسه با کاربید سیلیکون، یاقوت کبود و سایر بسترها، فرآیند آماده سازی بستر سیلیکون بالغ است و می تواند به طور پایدار بسترهای بالغ با اندازه بزرگ را با کارایی بالا ارائه دهد. در عین حال، هدایت حرارتی و هدایت الکتریکی خوب است و فرآیند دستگاه الکترونیکی Si بالغ است. امکان ادغام کامل دستگاه‌های GaN اپتوالکترونیک با دستگاه‌های الکترونیکی Si در آینده نیز رشد اپیتاکسی GaN روی سیلیکون را بسیار جذاب می‌کند.

با این حال، به دلیل تفاوت زیاد در ثابت های شبکه بین زیرلایه Si و مواد GaN، اپیتاکسی ناهمگن GaN روی بستر Si یک اپیتاکسی عدم تطابق بزرگ معمولی است، و همچنین باید با یک سری مشکلات روبرو شود:

✔ مشکل انرژی رابط سطح. هنگامی که GaN روی یک بستر Si رشد می کند، سطح بستر Si ابتدا نیترید می شود تا یک لایه نیترید سیلیکون آمورف تشکیل شود که برای هسته و رشد GaN با چگالی بالا مساعد نیست. علاوه بر این، سطح Si ابتدا با Ga تماس می گیرد که باعث خوردگی سطح زیرلایه Si می شود. در دماهای بالا، تجزیه سطح Si به لایه اپیتاکسیال GaN منتشر می شود و لکه های سیلیکونی سیاه را تشکیل می دهد.

✔ عدم تطابق ثابت شبکه بین GaN و Si زیاد است (~17%)، که منجر به تشکیل دررفتگی های نخ با چگالی بالا و کاهش قابل توجه کیفیت لایه همپایی می شود.

✔ در مقایسه با Si، GaN ضریب انبساط حرارتی بیشتری دارد (ضریب انبساط حرارتی GaN حدود 5.6×10-6K-1 است، ضریب انبساط حرارتی Si حدود 2.6×10-6K-1 است)، و ممکن است ترک هایی در GaN ایجاد شود. لایه اپیتاکسیال در طول خنک شدن دمای همپایی به دمای اتاق.

✔ Si با NH3 در دماهای بالا واکنش می دهد و SiNx پلی کریستالی را تشکیل می دهد. AlN نمی تواند یک هسته ترجیحاً جهت گیری را روی SiNx چند کریستالی تشکیل دهد که منجر به جهت گیری نامنظم لایه GaN متعاقب رشد شده و تعداد زیادی نقص می شود و در نتیجه کیفیت کریستالی پایین لایه همپای GaN و حتی در تشکیل یک تک بلوری مشکل می شود. لایه اپیتاکسیال GaN [6].

به منظور حل مشکل عدم تطابق شبکه های بزرگ، محققان سعی کرده اند موادی مانند AlAs، GaAs، AlN، GaN، ZnO و SiC را به عنوان لایه های بافر روی بسترهای Si معرفی کنند. به منظور جلوگیری از تشکیل SiNx پلی کریستالی و کاهش اثرات نامطلوب آن بر کیفیت کریستالی مواد GaN/AlN/Si (111)، معمولاً لازم است TMAl برای مدت زمان معینی قبل از رشد همپایه لایه بافر AlN معرفی شود. برای جلوگیری از واکنش NH3 با سطح Si در معرض برای تشکیل SiNx. علاوه بر این، از فناوری های همپایی مانند فناوری زیرلایه طرح دار می توان برای بهبود کیفیت لایه اپیتاکسیال استفاده کرد. توسعه این فن‌آوری‌ها به مهار تشکیل SiNx در سطح مشترک همپایی، ترویج رشد دو بعدی لایه همپایی GaN و بهبود کیفیت رشد لایه همپایی کمک می‌کند. علاوه بر این، یک لایه بافر AlN برای جبران تنش کششی ناشی از تفاوت در ضرایب انبساط حرارتی برای جلوگیری از ایجاد ترک در لایه همپای GaN بر روی بستر سیلیکونی معرفی شده است. تحقیقات کروست نشان می دهد که یک همبستگی مثبت بین ضخامت لایه بافر AlN و کاهش کرنش وجود دارد. هنگامی که ضخامت لایه بافر به 12 نانومتر می‌رسد، می‌توان یک لایه اپیتاکسیال ضخیم‌تر از 6 میکرومتر را از طریق یک طرح رشد مناسب بدون ترک‌خوردگی لایه همپایه، روی یک بستر سیلیکونی رشد داد.

پس از تلاش‌های طولانی مدت محققان، کیفیت لایه‌های هم‌پایه GaN که روی بسترهای سیلیکونی رشد کرده‌اند، به‌طور قابل‌توجهی بهبود یافته است و دستگاه‌هایی مانند ترانزیستورهای اثر میدانی، آشکارسازهای فرابنفش مانع شاتکی، LED‌های سبز-آبی و لیزرهای فرابنفش پیشرفت چشمگیری داشته‌اند.

به طور خلاصه، از آنجایی که بسترهای همپوشانی GaN که معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند، همگی اپیتاکسی ناهمگن هستند، همه آنها با مشکلات رایجی مانند عدم تطابق شبکه و تفاوت‌های زیاد در ضرایب انبساط حرارتی به درجات مختلف مواجه هستند. بسترهای GaN همگن همگن به دلیل بلوغ تکنولوژی محدود شده اند و بسترها هنوز به صورت انبوه تولید نشده اند. هزینه تولید بالا است، اندازه بستر کوچک است و کیفیت بستر ایده آل نیست. توسعه زیرلایه های اپیتاکسیال جدید GaN و بهبود کیفیت اپیتاکسیال هنوز یکی از عوامل مهم محدود کننده توسعه بیشتر صنعت اپیتاکسیال GaN است.

IV. روش های رایج برای اپیتاکسی GaN

MOCVD (رسوب بخار شیمیایی)

به نظر می رسد اپیتاکسی همگن روی بسترهای GaN بهترین انتخاب برای اپیتاکسی GaN باشد. با این حال، از آنجایی که پیش سازهای رسوب بخار شیمیایی تری متیل گالیوم و آمونیاک هستند و گاز حامل هیدروژن است، دمای معمولی رشد MOCVD حدود 1000-1100 درجه سانتیگراد است و سرعت رشد MOCVD حدود چند میکرون در ساعت است. این می تواند رابط های شیب دار در سطح اتمی ایجاد کند که برای رشد اتصالات ناهمگون، چاه های کوانتومی، ابرشبکه ها و ساختارهای دیگر بسیار مناسب است. سرعت رشد سریع، یکنواختی خوب و مناسب بودن برای رشد در سطح وسیع و چند تکه اغلب در تولید صنعتی استفاده می شود.
MBE (اپیتاکسی پرتو مولکولی)
در اپیتاکسی پرتو مولکولی، Ga از یک منبع عنصری استفاده می کند و نیتروژن فعال از نیتروژن از طریق پلاسمای RF به دست می آید. در مقایسه با روش MOCVD، دمای رشد MBE حدود 350-400 درجه سانتیگراد کمتر است. دمای رشد پایین تر می تواند از آلودگی خاصی که ممکن است توسط محیط های با دمای بالا ایجاد می شود جلوگیری کند. سیستم MBE تحت خلاء فوق العاده بالا عمل می کند که به آن اجازه می دهد تا روش های تشخیص درجا بیشتری را ادغام کند. در عین حال سرعت رشد و ظرفیت تولید آن با MOCVD قابل مقایسه نیست و بیشتر در تحقیقات علمی مورد استفاده قرار می گیرد [7].

شکل 5 (الف) شماتیک Eiko-MBE (ب) شماتیک محفظه واکنش اصلی MBE

روش HVPE (اپیتاکسی فاز بخار هیدرید)
پیش سازهای روش اپیتاکسی فاز بخار هیدرید GaCl3 و NH3 هستند. دچپروم و همکاران از این روش برای رشد یک لایه اپیتاکسیال GaN به ضخامت صدها میکرون بر روی سطح یک بستر یاقوت کبود استفاده کرد. در آزمایش آنها، لایه ای از ZnO بین بستر یاقوت کبود و لایه همپایی به عنوان یک لایه بافر رشد داده شد و لایه همپایی از سطح بستر جدا شد. در مقایسه با MOCVD و MBE، ویژگی اصلی روش HVPE سرعت رشد بالای آن است که برای تولید لایه های ضخیم و مواد حجیم مناسب است. با این حال، زمانی که ضخامت لایه همپایی بیش از 20μm باشد، لایه همپایی تولید شده با این روش مستعد ترک است.
Akira USUI بر اساس این روش فناوری بسترهای طرح دار را معرفی کرد. آنها ابتدا با استفاده از روش MOCVD، یک لایه نازک GaN به ضخامت 1.5 میکرومتر بر روی یک بستر یاقوت کبود رشد دادند. لایه اپیتاکسیال شامل یک لایه بافر GaN به ضخامت 20 نانومتر است که در شرایط دمای پایین رشد کرده و یک لایه GaN در شرایط دمای بالا رشد کرده است. سپس در دمای 430 درجه سانتیگراد، لایه ای از SiO2 بر روی سطح لایه اپیتاکسیال قرار داده شد و نوارهای پنجره ای بر روی فیلم SiO2 توسط فوتولیتوگرافی ساخته شد. فاصله نوارها 7μm و عرض ماسک از 1μm تا 4μm بود. پس از این بهبود، آنها یک لایه همپای GaN بر روی یک بستر یاقوت کبود به قطر 2 اینچ به دست آوردند که بدون ترک و صاف مانند یک آینه بود، حتی زمانی که ضخامت آن به ده ها یا حتی صدها میکرون افزایش یافت. تراکم نقص از 109-1010cm-2 روش سنتی HVPE به حدود 6×107cm-2 کاهش یافت. آنها همچنین در آزمایش اشاره کردند که وقتی سرعت رشد از 75 میکرومتر در ساعت فراتر رفت، سطح نمونه ناهموار می‌شود[8].

شکل 6 شماتیک زیرلایه گرافیکی

V. خلاصه و چشم انداز

مواد GaN در سال 2014 هنگامی که LED نور آبی برنده جایزه نوبل فیزیک در آن سال شد شروع به ظهور کرد و وارد حوزه عمومی برنامه های کاربردی شارژ سریع در زمینه لوازم الکترونیکی مصرفی شد. در واقع، برنامه‌های کاربردی در تقویت‌کننده‌های قدرت و دستگاه‌های RF مورد استفاده در ایستگاه‌های پایه 5G که اکثر مردم نمی‌توانند آن‌ها را ببینند نیز بی‌صدا ظاهر شده‌اند. در سال‌های اخیر، انتظار می‌رود که پیشرفت دستگاه‌های قدرت خودرو مبتنی بر GaN نقاط رشد جدیدی را برای بازار کاربرد مواد GaN باز کند.
تقاضای عظیم بازار مطمئناً توسعه صنایع و فناوری های مرتبط با GaN را ارتقا خواهد داد. با بلوغ و بهبود زنجیره صنعتی مرتبط با GaN، مشکلاتی که با فناوری همپایی فعلی GaN با آن مواجه است، در نهایت بهبود یا بر آن غلبه خواهند کرد. در آینده، مردم مطمئناً فناوری‌های اپیتاکسیال جدید و گزینه‌های زیرلایه عالی‌تری را توسعه خواهند داد. تا آن زمان، مردم می توانند مناسب ترین فناوری تحقیقات خارجی و بستر را برای سناریوهای کاربردی مختلف با توجه به ویژگی های سناریوهای کاربردی انتخاب کنند و رقابتی ترین محصولات سفارشی شده را تولید کنند.