ಮೂರನೇ ತಲೆಮಾರಿನ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ GaN ಮತ್ತು ಸಂಬಂಧಿತ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದ ಸಂಕ್ಷಿಪ್ತ ಪರಿಚಯ

1. ಮೂರನೇ ತಲೆಮಾರಿನ ಅರೆವಾಹಕಗಳು

ಮೊದಲ ತಲೆಮಾರಿನ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವನ್ನು Si ಮತ್ತು Ge ನಂತಹ ಅರೆವಾಹಕ ವಸ್ತುಗಳ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಲಾಗಿದೆ. ಇದು ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಇಂಟಿಗ್ರೇಟೆಡ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಗೆ ವಸ್ತು ಆಧಾರವಾಗಿದೆ. ಮೊದಲ ತಲೆಮಾರಿನ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ವಸ್ತುಗಳು 20 ನೇ ಶತಮಾನದಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಉದ್ಯಮಕ್ಕೆ ಅಡಿಪಾಯವನ್ನು ಹಾಕಿದವು ಮತ್ತು ಇಂಟಿಗ್ರೇಟೆಡ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದ ಮೂಲ ಸಾಮಗ್ರಿಗಳಾಗಿವೆ.

ಎರಡನೇ ತಲೆಮಾರಿನ ಅರೆವಾಹಕ ವಸ್ತುಗಳು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಗ್ಯಾಲಿಯಂ ಆರ್ಸೆನೈಡ್, ಇಂಡಿಯಮ್ ಫಾಸ್ಫೈಡ್, ಗ್ಯಾಲಿಯಮ್ ಫಾಸ್ಫೈಡ್, ಇಂಡಿಯಮ್ ಆರ್ಸೆನೈಡ್, ಅಲ್ಯೂಮಿನಿಯಂ ಆರ್ಸೆನೈಡ್ ಮತ್ತು ಅವುಗಳ ತ್ರಯಾತ್ಮಕ ಸಂಯುಕ್ತಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿವೆ. ಎರಡನೇ ತಲೆಮಾರಿನ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ವಸ್ತುಗಳು ಆಪ್ಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಮಾಹಿತಿ ಉದ್ಯಮದ ಅಡಿಪಾಯವಾಗಿದೆ. ಇದರ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ, ಬೆಳಕು, ಪ್ರದರ್ಶನ, ಲೇಸರ್ ಮತ್ತು ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕಗಳಂತಹ ಸಂಬಂಧಿತ ಕೈಗಾರಿಕೆಗಳನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಲಾಗಿದೆ. ಅವುಗಳನ್ನು ಸಮಕಾಲೀನ ಮಾಹಿತಿ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ ಮತ್ತು ಆಪ್ಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಪ್ರದರ್ಶನ ಉದ್ಯಮಗಳಲ್ಲಿ ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಮೂರನೇ ತಲೆಮಾರಿನ ಅರೆವಾಹಕ ವಸ್ತುಗಳ ಪ್ರತಿನಿಧಿ ವಸ್ತುಗಳಲ್ಲಿ ಗ್ಯಾಲಿಯಂ ನೈಟ್ರೈಡ್ ಮತ್ತು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಸೇರಿವೆ. ಅವುಗಳ ವಿಶಾಲವಾದ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಅಂತರ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸ್ಯಾಚುರೇಶನ್ ಡ್ರಿಫ್ಟ್ ವೇಗ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಉಷ್ಣ ವಾಹಕತೆ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ಸ್ಥಗಿತ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಶಕ್ತಿಯಿಂದಾಗಿ, ಅವು ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಸಾಂದ್ರತೆ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಆವರ್ತನ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ-ನಷ್ಟದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಸಾಧನಗಳನ್ನು ತಯಾರಿಸಲು ಸೂಕ್ತವಾದ ವಸ್ತುಗಳಾಗಿವೆ. ಅವುಗಳಲ್ಲಿ, ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಧನಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಸಾಂದ್ರತೆ, ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿಯ ಬಳಕೆ ಮತ್ತು ಸಣ್ಣ ಗಾತ್ರದ ಅನುಕೂಲಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ ಮತ್ತು ಹೊಸ ಶಕ್ತಿಯ ವಾಹನಗಳು, ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕಗಳು, ರೈಲು ಸಾರಿಗೆ, ದೊಡ್ಡ ಡೇಟಾ ಮತ್ತು ಇತರ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ವ್ಯಾಪಕವಾದ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್ ನಿರೀಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ. ಗ್ಯಾಲಿಯಮ್ ನೈಟ್ರೈಡ್ RF ಸಾಧನಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ ಆವರ್ತನ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿ, ವಿಶಾಲ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ವಿಡ್ತ್, ಕಡಿಮೆ ವಿದ್ಯುತ್ ಬಳಕೆ ಮತ್ತು ಸಣ್ಣ ಗಾತ್ರದ ಅನುಕೂಲಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ ಮತ್ತು 5G ಸಂವಹನಗಳು, ಇಂಟರ್ನೆಟ್ ಆಫ್ ಥಿಂಗ್ಸ್, ಮಿಲಿಟರಿ ರಾಡಾರ್ ಮತ್ತು ಇತರ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ವ್ಯಾಪಕವಾದ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್ ನಿರೀಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಕಡಿಮೆ-ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ಗ್ಯಾಲಿಯಂ ನೈಟ್ರೈಡ್ ಆಧಾರಿತ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಧನಗಳನ್ನು ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚುವರಿಯಾಗಿ, ಇತ್ತೀಚಿನ ವರ್ಷಗಳಲ್ಲಿ, ಉದಯೋನ್ಮುಖ ಗ್ಯಾಲಿಯಂ ಆಕ್ಸೈಡ್ ವಸ್ತುಗಳು ಅಸ್ತಿತ್ವದಲ್ಲಿರುವ SiC ಮತ್ತು GaN ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳೊಂದಿಗೆ ತಾಂತ್ರಿಕ ಪೂರಕತೆಯನ್ನು ರೂಪಿಸುವ ನಿರೀಕ್ಷೆಯಿದೆ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ-ಆವರ್ತನ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ-ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಸಂಭಾವ್ಯ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್ ನಿರೀಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ.

ಎರಡನೇ ತಲೆಮಾರಿನ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ವಸ್ತುಗಳೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, ಮೂರನೇ ತಲೆಮಾರಿನ ಅರೆವಾಹಕ ವಸ್ತುಗಳು ವಿಶಾಲವಾದ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗ್ಯಾಪ್ ಅಗಲವನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ (Si ನ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗ್ಯಾಪ್ ಅಗಲ, ಮೊದಲ ತಲೆಮಾರಿನ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ವಸ್ತುವಿನ ವಿಶಿಷ್ಟ ವಸ್ತು, ಸುಮಾರು 1.1eV, GaAs ನ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗ್ಯಾಪ್ ಅಗಲ, ವಿಶಿಷ್ಟ ಎರಡನೇ ತಲೆಮಾರಿನ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ವಸ್ತುವಿನ ವಸ್ತು, ಸುಮಾರು 1.42eV, ಮತ್ತು ಸಾಮಾನ್ಯ ವಸ್ತುವಾದ GaN ನ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗ್ಯಾಪ್ ಅಗಲ ಮೂರನೇ ತಲೆಮಾರಿನ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ವಸ್ತುವು 2.3eV ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ), ಬಲವಾದ ವಿಕಿರಣ ಪ್ರತಿರೋಧ, ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಸ್ಥಗಿತಕ್ಕೆ ಬಲವಾದ ಪ್ರತಿರೋಧ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದ ಪ್ರತಿರೋಧ. ವಿಶಾಲವಾದ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗ್ಯಾಪ್ ಅಗಲವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಮೂರನೇ ತಲೆಮಾರಿನ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ವಸ್ತುಗಳು ವಿಶೇಷವಾಗಿ ವಿಕಿರಣ-ನಿರೋಧಕ, ಅಧಿಕ-ಆವರ್ತನ, ಹೆಚ್ಚಿನ-ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ-ಸಂಘಟನೆ-ಸಾಂದ್ರತೆಯ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಸಾಧನಗಳ ಉತ್ಪಾದನೆಗೆ ಸೂಕ್ತವಾಗಿದೆ. ಮೈಕ್ರೊವೇವ್ ರೇಡಿಯೊ ಆವರ್ತನ ಸಾಧನಗಳು, ಎಲ್ಇಡಿಗಳು, ಲೇಸರ್ಗಳು, ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಧನಗಳು ಮತ್ತು ಇತರ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಅವರ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್ಗಳು ಹೆಚ್ಚು ಗಮನ ಸೆಳೆದಿವೆ ಮತ್ತು ಅವರು ಮೊಬೈಲ್ ಸಂವಹನ, ಸ್ಮಾರ್ಟ್ ಗ್ರಿಡ್ಗಳು, ರೈಲು ಸಾರಿಗೆ, ಹೊಸ ಶಕ್ತಿ ವಾಹನಗಳು, ಗ್ರಾಹಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ಮತ್ತು ನೇರಳಾತೀತ ಮತ್ತು ನೀಲಿ ಬಣ್ಣಗಳಲ್ಲಿ ವಿಶಾಲವಾದ ಅಭಿವೃದ್ಧಿ ನಿರೀಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ತೋರಿಸಿದ್ದಾರೆ. -ಹಸಿರು ಬೆಳಕಿನ ಸಾಧನಗಳು [1].

ಚಿತ್ರ ಮೂಲ: CASA, ಝೆಶಾಂಗ್ ಸೆಕ್ಯುರಿಟೀಸ್ ರಿಸರ್ಚ್ ಇನ್ಸ್ಟಿಟ್ಯೂಟ್

ಚಿತ್ರ 1 GaN ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಧನದ ಸಮಯದ ಪ್ರಮಾಣ ಮತ್ತು ಮುನ್ಸೂಚನೆ

II GaN ವಸ್ತುವಿನ ರಚನೆ ಮತ್ತು ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು

GaN ನೇರ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗ್ಯಾಪ್ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಆಗಿದೆ. ಕೋಣೆಯ ಉಷ್ಣಾಂಶದಲ್ಲಿ ವರ್ಟ್‌ಜೈಟ್ ರಚನೆಯ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗ್ಯಾಪ್ ಅಗಲವು ಸುಮಾರು 3.26eV ಆಗಿದೆ. GaN ವಸ್ತುಗಳು ಮೂರು ಮುಖ್ಯ ಸ್ಫಟಿಕ ರಚನೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ, ಅವುಗಳೆಂದರೆ ವುರ್ಟ್ಜೈಟ್ ರಚನೆ, ಸ್ಫಲೆರೈಟ್ ರಚನೆ ಮತ್ತು ರಾಕ್ ಉಪ್ಪು ರಚನೆ. ಅವುಗಳಲ್ಲಿ, ವರ್ಟ್ಜೈಟ್ ರಚನೆಯು ಅತ್ಯಂತ ಸ್ಥಿರವಾದ ಸ್ಫಟಿಕ ರಚನೆಯಾಗಿದೆ. ಚಿತ್ರ 2 ಎಂಬುದು GaN ನ ಷಡ್ಭುಜೀಯ ವರ್ಟ್‌ಜೈಟ್ ರಚನೆಯ ರೇಖಾಚಿತ್ರವಾಗಿದೆ. GaN ವಸ್ತುವಿನ ವರ್ಟ್‌ಜೈಟ್ ರಚನೆಯು ಷಡ್ಭುಜಾಕೃತಿಯ ನಿಕಟ-ಪ್ಯಾಕ್ಡ್ ರಚನೆಗೆ ಸೇರಿದೆ. ಪ್ರತಿ ಘಟಕ ಕೋಶವು 6 N ಪರಮಾಣುಗಳು ಮತ್ತು 6 Ga ಪರಮಾಣುಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಂತೆ 12 ಪರಮಾಣುಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಪ್ರತಿಯೊಂದು Ga (N) ಪರಮಾಣು 4 ಹತ್ತಿರದ N (Ga) ಪರಮಾಣುಗಳೊಂದಿಗೆ ಬಂಧವನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ABABAB ನ ಕ್ರಮದಲ್ಲಿ ... [0001] ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ [2] ಜೋಡಿಸಲಾಗಿದೆ.

ಚಿತ್ರ 2 ವುರ್ಟ್‌ಜೈಟ್ ರಚನೆ GaN ಸ್ಫಟಿಕ ಕೋಶ ರೇಖಾಚಿತ್ರ

III GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಗೆ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಬಳಸುವ ತಲಾಧಾರಗಳು

GaN ತಲಾಧಾರಗಳಲ್ಲಿ ಏಕರೂಪದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯು GaN ಎಪಿಟ್ಯಾಕ್ಸಿಗೆ ಅತ್ಯುತ್ತಮ ಆಯ್ಕೆಯಾಗಿದೆ ಎಂದು ತೋರುತ್ತದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, GaN ನ ದೊಡ್ಡ ಬಂಧದ ಶಕ್ತಿಯಿಂದಾಗಿ, ತಾಪಮಾನವು 2500℃ ಕರಗುವ ಬಿಂದುವನ್ನು ತಲುಪಿದಾಗ, ಅದರ ಅನುಗುಣವಾದ ವಿಭಜನೆಯ ಒತ್ತಡವು ಸುಮಾರು 4.5GPa ಆಗಿದೆ. ವಿಭಜನೆಯ ಒತ್ತಡವು ಈ ಒತ್ತಡಕ್ಕಿಂತ ಕಡಿಮೆಯಾದಾಗ, GaN ಕರಗುವುದಿಲ್ಲ ಆದರೆ ನೇರವಾಗಿ ಕೊಳೆಯುತ್ತದೆ. ಇದು GaN ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕ ತಲಾಧಾರಗಳ ತಯಾರಿಕೆಗೆ Czochralski ವಿಧಾನದಂತಹ ಪ್ರೌಢ ತಲಾಧಾರದ ತಯಾರಿಕೆಯ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳನ್ನು ಸೂಕ್ತವಲ್ಲದಂತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ, GaN ತಲಾಧಾರಗಳನ್ನು ಸಾಮೂಹಿಕ ಉತ್ಪಾದನೆಗೆ ಕಷ್ಟಕರವಾಗಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ದುಬಾರಿಯಾಗಿದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಯಲ್ಲಿ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಬಳಸುವ ತಲಾಧಾರಗಳು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ Si, SiC, ನೀಲಮಣಿ, ಇತ್ಯಾದಿ. [3].

ಚಾರ್ಟ್ 3 GaN ಮತ್ತು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಬಳಸುವ ತಲಾಧಾರದ ವಸ್ತುಗಳ ನಿಯತಾಂಕಗಳು

ನೀಲಮಣಿ ಮೇಲೆ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ

ನೀಲಮಣಿ ಸ್ಥಿರವಾದ ರಾಸಾಯನಿಕ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ, ಅಗ್ಗವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ದೊಡ್ಡ ಪ್ರಮಾಣದ ಉತ್ಪಾದನಾ ಉದ್ಯಮದ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪರಿಪಕ್ವತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಇದು ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಡಿವೈಸ್ ಇಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್‌ನಲ್ಲಿ ಅತ್ಯಂತ ಮುಂಚಿನ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚು ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ಬಳಸಿದ ತಲಾಧಾರ ವಸ್ತುಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದಾಗಿದೆ. GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಗೆ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಬಳಸುವ ತಲಾಧಾರಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದಾಗಿ, ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರಗಳಿಗೆ ಪರಿಹರಿಸಬೇಕಾದ ಮುಖ್ಯ ಸಮಸ್ಯೆಗಳು:

✔ ನೀಲಮಣಿ (Al2O3) ಮತ್ತು GaN (ಸುಮಾರು 15%) ನಡುವಿನ ದೊಡ್ಡ ಲ್ಯಾಟಿಸ್ ಅಸಾಮರಸ್ಯದಿಂದಾಗಿ, ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರ ಮತ್ತು ತಲಾಧಾರದ ನಡುವಿನ ಇಂಟರ್ಫೇಸ್‌ನಲ್ಲಿ ದೋಷದ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ತುಂಬಾ ಹೆಚ್ಚಾಗಿದೆ. ಅದರ ಪ್ರತಿಕೂಲ ಪರಿಣಾಮಗಳನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು, ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಪ್ರಾರಂಭವಾಗುವ ಮೊದಲು ತಲಾಧಾರವನ್ನು ಸಂಕೀರ್ಣವಾದ ಪೂರ್ವಭಾವಿ ಚಿಕಿತ್ಸೆಗೆ ಒಳಪಡಿಸಬೇಕು. ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರಗಳ ಮೇಲೆ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯನ್ನು ಬೆಳೆಸುವ ಮೊದಲು, ಕಲ್ಮಶಗಳು, ಉಳಿದಿರುವ ಹೊಳಪು ಹಾನಿ ಇತ್ಯಾದಿಗಳನ್ನು ತೆಗೆದುಹಾಕಲು ಮತ್ತು ಹಂತಗಳು ಮತ್ತು ಹಂತದ ಮೇಲ್ಮೈ ರಚನೆಗಳನ್ನು ತಯಾರಿಸಲು ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ಮೊದಲು ಕಟ್ಟುನಿಟ್ಟಾಗಿ ಸ್ವಚ್ಛಗೊಳಿಸಬೇಕು. ನಂತರ, ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ತೇವಗೊಳಿಸುವ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸಲು ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ನೈಟ್ರೈಡ್ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಅಂತಿಮವಾಗಿ, ತೆಳುವಾದ AlN ಬಫರ್ ಪದರವನ್ನು (ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ 10-100nm ದಪ್ಪ) ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಠೇವಣಿ ಮಾಡಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಅಂತಿಮ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಗೆ ತಯಾರಾಗಲು ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಅನೆಲ್ ಮಾಡಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ. ಹಾಗಿದ್ದರೂ, ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರಗಳ ಮೇಲೆ ಬೆಳೆದ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಫಿಲ್ಮ್‌ಗಳಲ್ಲಿನ ಡಿಸ್ಲೊಕೇಶನ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಹೋಮೋಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಫಿಲ್ಮ್‌ಗಳಿಗಿಂತ ಇನ್ನೂ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ (ಸುಮಾರು 1010cm-2, ಸಿಲಿಕಾನ್ ಹೋಮೋಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಫಿಲ್ಮ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಮೂಲಭೂತವಾಗಿ ಶೂನ್ಯ ಡಿಸ್ಲೊಕೇಶನ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಅಥವಾ ಗ್ಯಾಲಿಯಂ ಆರ್ಸೆನೈಡ್ 10 ಫಿಲ್ಮ್‌ಗಳು ಮತ್ತು 100 2) ಹೆಚ್ಚಿನ ದೋಷದ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ವಾಹಕ ಚಲನಶೀಲತೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಅಲ್ಪಸಂಖ್ಯಾತ ವಾಹಕದ ಜೀವಿತಾವಧಿಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಉಷ್ಣ ವಾಹಕತೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಇವೆಲ್ಲವೂ ಸಾಧನದ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ [4];

✔ ನೀಲಮಣಿಯ ಉಷ್ಣ ವಿಸ್ತರಣಾ ಗುಣಾಂಕವು GaN ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಠೇವಣಿ ತಾಪಮಾನದಿಂದ ಕೋಣೆಯ ಉಷ್ಣಾಂಶಕ್ಕೆ ತಂಪಾಗಿಸುವ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದಲ್ಲಿ ಬೈಯಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಸಂಕುಚಿತ ಒತ್ತಡವು ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುತ್ತದೆ. ದಪ್ಪವಾದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಫಿಲ್ಮ್‌ಗಳಿಗೆ, ಈ ಒತ್ತಡವು ಫಿಲ್ಮ್ ಅಥವಾ ತಲಾಧಾರದ ಬಿರುಕುಗಳನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡಬಹುದು;

✔ ಇತರ ತಲಾಧಾರಗಳೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರಗಳ ಉಷ್ಣ ವಾಹಕತೆ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದೆ (ಸುಮಾರು 0.25W*cm-1*K-1 ನಲ್ಲಿ 100℃), ಮತ್ತು ಶಾಖದ ಹರಡುವಿಕೆಯ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆ ಕಳಪೆಯಾಗಿದೆ;

✔ ಅದರ ಕಳಪೆ ವಾಹಕತೆಯಿಂದಾಗಿ, ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರಗಳು ಇತರ ಅರೆವಾಹಕ ಸಾಧನಗಳೊಂದಿಗೆ ಅವುಗಳ ಏಕೀಕರಣ ಮತ್ತು ಅನ್ವಯಕ್ಕೆ ಅನುಕೂಲಕರವಾಗಿಲ್ಲ.

ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರಗಳ ಮೇಲೆ ಬೆಳೆದ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರಗಳ ದೋಷದ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಅಧಿಕವಾಗಿದ್ದರೂ, ಇದು GaN-ಆಧಾರಿತ ನೀಲಿ-ಹಸಿರು LED ಗಳ ಆಪ್ಟೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವಂತೆ ತೋರುತ್ತಿಲ್ಲ, ಆದ್ದರಿಂದ ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರಗಳನ್ನು ಇನ್ನೂ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ GaN-ಆಧಾರಿತ LED ಗಳಿಗೆ ತಲಾಧಾರಗಳಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಲೇಸರ್‌ಗಳು ಅಥವಾ ಇತರ ಹೆಚ್ಚಿನ-ಸಾಂದ್ರತೆಯ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಧನಗಳಂತಹ GaN ಸಾಧನಗಳ ಹೆಚ್ಚು ಹೊಸ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯೊಂದಿಗೆ, ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರಗಳ ಅಂತರ್ಗತ ದೋಷಗಳು ಅವುಗಳ ಅನ್ವಯದ ಮೇಲೆ ಹೆಚ್ಚು ಮಿತಿಯಾಗಿವೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, SiC ತಲಾಧಾರದ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದ ಅಭಿವೃದ್ಧಿ, ವೆಚ್ಚ ಕಡಿತ ಮತ್ತು Si ತಲಾಧಾರಗಳ ಮೇಲೆ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದ ಪರಿಪಕ್ವತೆ, ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರಗಳ ಮೇಲೆ ಬೆಳೆಯುತ್ತಿರುವ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರಗಳ ಕುರಿತು ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಂಶೋಧನೆಯು ಕ್ರಮೇಣ ತಂಪಾಗಿಸುವ ಪ್ರವೃತ್ತಿಯನ್ನು ತೋರಿಸಿದೆ.

SiC ನಲ್ಲಿ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ

ನೀಲಮಣಿಯೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, SiC ತಲಾಧಾರಗಳು (4H- ಮತ್ತು 6H-ಸ್ಫಟಿಕಗಳು) GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಲೇಯರ್‌ಗಳೊಂದಿಗೆ ಸಣ್ಣ ಲ್ಯಾಟಿಸ್ ಅಸಾಮರಸ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ (3.1%, [0001] ಆಧಾರಿತ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಫಿಲ್ಮ್‌ಗಳಿಗೆ ಸಮನಾಗಿರುತ್ತದೆ), ಹೆಚ್ಚಿನ ಉಷ್ಣ ವಾಹಕತೆ (ಸುಮಾರು 3.8W*cm-1*K -1), ಇತ್ಯಾದಿ. ಜೊತೆಗೆ, SiC ತಲಾಧಾರಗಳ ವಾಹಕತೆಯು ವಿದ್ಯುತ್ ಅನ್ನು ಸಹ ಅನುಮತಿಸುತ್ತದೆ ತಲಾಧಾರದ ಹಿಂಭಾಗದಲ್ಲಿ ಸಂಪರ್ಕಗಳನ್ನು ಮಾಡಲಾಗುವುದು, ಇದು ಸಾಧನದ ರಚನೆಯನ್ನು ಸರಳಗೊಳಿಸಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಈ ಅನುಕೂಲಗಳ ಅಸ್ತಿತ್ವವು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ತಲಾಧಾರಗಳ ಮೇಲೆ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ಲಿ ಕೆಲಸ ಮಾಡಲು ಹೆಚ್ಚು ಹೆಚ್ಚು ಸಂಶೋಧಕರನ್ನು ಆಕರ್ಷಿಸಿದೆ.

ಆದಾಗ್ಯೂ, ಬೆಳೆಯುತ್ತಿರುವ GaN ಎಪಿಲೇಯರ್‌ಗಳನ್ನು ತಪ್ಪಿಸಲು SiC ತಲಾಧಾರಗಳಲ್ಲಿ ನೇರವಾಗಿ ಕೆಲಸ ಮಾಡುವುದು ಈ ಕೆಳಗಿನವುಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಂತೆ ಅನಾನುಕೂಲಗಳ ಸರಣಿಯನ್ನು ಎದುರಿಸುತ್ತದೆ:

✔ SiC ತಲಾಧಾರಗಳ ಮೇಲ್ಮೈ ಒರಟುತನವು ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರಗಳಿಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು (ನೀಲಮಣಿ ಒರಟುತನ 0.1nm RMS, SiC ಒರಟುತನ 1nm RMS), SiC ತಲಾಧಾರಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ ಗಡಸುತನ ಮತ್ತು ಕಳಪೆ ಸಂಸ್ಕರಣಾ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ, ಮತ್ತು ಈ ಒರಟುತನ ಮತ್ತು ಉಳಿದ ಹೊಳಪು ಹಾನಿ ಕೂಡ ಒಂದು GaN ಎಪಿಲೇಯರ್‌ಗಳಲ್ಲಿನ ದೋಷಗಳ ಮೂಲಗಳು.

✔ SiC ತಲಾಧಾರಗಳ ಸ್ಕ್ರೂ ಡಿಸ್ಲೊಕೇಶನ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಅಧಿಕವಾಗಿದೆ (ಡಿಸ್ಲೊಕೇಶನ್ ಡೆನ್ಸಿಟಿ 103-104cm-2), ಸ್ಕ್ರೂ ಡಿಸ್ಲೊಕೇಶನ್‌ಗಳು GaN ಎಪಿಲೇಯರ್‌ಗೆ ಹರಡಬಹುದು ಮತ್ತು ಸಾಧನದ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಬಹುದು;

✔ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿನ ಪರಮಾಣು ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು GaN ಎಪಿಲೇಯರ್‌ನಲ್ಲಿ ಪೇರಿಸುವ ದೋಷಗಳ (BSFs) ರಚನೆಯನ್ನು ಪ್ರೇರೇಪಿಸುತ್ತದೆ. SiC ತಲಾಧಾರಗಳ ಮೇಲೆ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ GaN ಗಾಗಿ, ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ ಬಹು ಸಂಭಾವ್ಯ ಪರಮಾಣು ಜೋಡಣೆ ಆದೇಶಗಳಿವೆ, ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಅದರ ಮೇಲೆ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ GaN ಪದರದ ಅಸಮಂಜಸವಾದ ಆರಂಭಿಕ ಪರಮಾಣು ಪೇರಿಸುವಿಕೆ ಕ್ರಮವನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡುತ್ತದೆ, ಇದು ಪೇರಿಸುವ ದೋಷಗಳಿಗೆ ಗುರಿಯಾಗುತ್ತದೆ. ಸ್ಟ್ಯಾಕಿಂಗ್ ದೋಷಗಳು (SFs) ಸಿ-ಅಕ್ಷದ ಉದ್ದಕ್ಕೂ ಅಂತರ್ನಿರ್ಮಿತ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸುತ್ತವೆ, ಇದು ವಿಮಾನದಲ್ಲಿ ವಾಹಕ ಬೇರ್ಪಡಿಸುವ ಸಾಧನಗಳ ಸೋರಿಕೆಯಂತಹ ಸಮಸ್ಯೆಗಳಿಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ;

✔ SiC ತಲಾಧಾರದ ಉಷ್ಣ ವಿಸ್ತರಣಾ ಗುಣಾಂಕವು AlN ಮತ್ತು GaN ಗಿಂತ ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದೆ, ಇದು ತಂಪಾಗಿಸುವ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರ ಮತ್ತು ತಲಾಧಾರದ ನಡುವೆ ಉಷ್ಣ ಒತ್ತಡದ ಶೇಖರಣೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ. ತೆಳುವಾದ, ಸುಸಂಬದ್ಧವಾಗಿ ಸ್ಟ್ರೈನ್ಡ್ ಆಲ್ಎನ್ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯೇಶನ್ ಪದರಗಳ ಮೇಲೆ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರಗಳನ್ನು ಬೆಳೆಸುವ ಮೂಲಕ ಈ ಸಮಸ್ಯೆಯನ್ನು ನಿವಾರಿಸಬಹುದು ಅಥವಾ ಪರಿಹರಿಸಬಹುದು ಎಂದು Waltereit ಮತ್ತು Brand ತಮ್ಮ ಸಂಶೋಧನಾ ಫಲಿತಾಂಶಗಳ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಊಹಿಸಿದ್ದಾರೆ;

✔ Ga ಪರಮಾಣುಗಳ ಕಳಪೆ ಆರ್ದ್ರತೆಯ ಸಮಸ್ಯೆ. SiC ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ನೇರವಾಗಿ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರಗಳನ್ನು ಬೆಳೆಯುವಾಗ, ಎರಡು ಪರಮಾಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಕಳಪೆ ಆರ್ದ್ರತೆಯಿಂದಾಗಿ, ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ GaN 3D ದ್ವೀಪದ ಬೆಳವಣಿಗೆಗೆ ಗುರಿಯಾಗುತ್ತದೆ. GaN ಎಪಿಟ್ಯಾಕ್ಸಿಯಲ್ಲಿನ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ವಸ್ತುಗಳ ಗುಣಮಟ್ಟವನ್ನು ಸುಧಾರಿಸಲು ಬಫರ್ ಲೇಯರ್ ಅನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸುವುದು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಬಳಸುವ ಪರಿಹಾರವಾಗಿದೆ. AlN ಅಥವಾ AlxGa1-xN ಬಫರ್ ಲೇಯರ್ ಅನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸುವುದರಿಂದ SiC ಮೇಲ್ಮೈಯ ತೇವವನ್ನು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ಸುಧಾರಿಸಬಹುದು ಮತ್ತು GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರವನ್ನು ಎರಡು ಆಯಾಮಗಳಲ್ಲಿ ಬೆಳೆಯುವಂತೆ ಮಾಡಬಹುದು. ಜೊತೆಗೆ, ಇದು ಒತ್ತಡವನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸಬಹುದು ಮತ್ತು ತಲಾಧಾರ ದೋಷಗಳನ್ನು GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಗೆ ವಿಸ್ತರಿಸುವುದನ್ನು ತಡೆಯಬಹುದು;

✔ SiC ತಲಾಧಾರಗಳ ತಯಾರಿಕೆಯ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ಅಪಕ್ವವಾಗಿದೆ, ತಲಾಧಾರದ ವೆಚ್ಚವು ಅಧಿಕವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಕೆಲವು ಪೂರೈಕೆದಾರರು ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ಪೂರೈಕೆ ಇದೆ.

ಟೊರೆಸ್ ಮತ್ತು ಇತರರ ಸಂಶೋಧನೆಯು ಎಪಿಟ್ಯಾಕ್ಸಿ ಮೊದಲು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ (1600 ° C) ಹೆಚ್ 2 ನೊಂದಿಗೆ SiC ತಲಾಧಾರವನ್ನು ಎಚ್ಚಣೆ ಮಾಡುವುದರಿಂದ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚು ಕ್ರಮಗೊಳಿಸಿದ ಹಂತದ ರಚನೆಯನ್ನು ಉಂಟುಮಾಡಬಹುದು, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಅದು ನೇರವಾಗಿ ಇರುವಾಗ ಹೆಚ್ಚು ಗುಣಮಟ್ಟದ AlN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಫಿಲ್ಮ್ ಅನ್ನು ಪಡೆಯುತ್ತದೆ. ಮೂಲ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಬೆಳೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. Xie ಮತ್ತು ಅವರ ತಂಡದ ಸಂಶೋಧನೆಯು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ತಲಾಧಾರದ ಎಚ್ಚಣೆ ಪೂರ್ವಭಾವಿ ಚಿಕಿತ್ಸೆಯು GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ಮೇಲ್ಮೈ ರೂಪವಿಜ್ಞಾನ ಮತ್ತು ಸ್ಫಟಿಕ ಗುಣಮಟ್ಟವನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಸ್ಮಿತ್ ಮತ್ತು ಇತರರು. ಸಬ್‌ಸ್ಟ್ರೇಟ್/ಬಫರ್ ಲೇಯರ್ ಮತ್ತು ಬಫರ್ ಲೇಯರ್/ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಲೇಯರ್ ಇಂಟರ್‌ಫೇಸ್‌ಗಳಿಂದ ಹುಟ್ಟುವ ಥ್ರೆಡಿಂಗ್ ಡಿಸ್ಲೊಕೇಶನ್‌ಗಳು ತಲಾಧಾರದ ಸಮತಲತೆಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿವೆ ಎಂದು ಕಂಡುಹಿಡಿದಿದೆ [5].

ಚಿತ್ರ 4 ವಿವಿಧ ಮೇಲ್ಮೈ ಚಿಕಿತ್ಸಾ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ (a) ರಾಸಾಯನಿಕ ಶುಚಿಗೊಳಿಸುವಿಕೆ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ 6H-SiC ತಲಾಧಾರದಲ್ಲಿ (0001) ಬೆಳೆದ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಲೇಯರ್ ಮಾದರಿಗಳ TEM ರೂಪವಿಜ್ಞಾನ; (ಬಿ) ರಾಸಾಯನಿಕ ಶುದ್ಧೀಕರಣ + ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಪ್ಲಾಸ್ಮಾ ಚಿಕಿತ್ಸೆ; (ಸಿ) ರಾಸಾಯನಿಕ ಶುದ್ಧೀಕರಣ + ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಪ್ಲಾಸ್ಮಾ ಚಿಕಿತ್ಸೆ + 1300 ℃ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಶಾಖ ಚಿಕಿತ್ಸೆ 30 ನಿಮಿಷ

Si ಮೇಲೆ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ

ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್, ನೀಲಮಣಿ ಮತ್ತು ಇತರ ತಲಾಧಾರಗಳೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, ಸಿಲಿಕಾನ್ ತಲಾಧಾರದ ತಯಾರಿಕೆಯ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಪ್ರಬುದ್ಧವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಇದು ಹೆಚ್ಚಿನ ವೆಚ್ಚದ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯೊಂದಿಗೆ ಪ್ರಬುದ್ಧ ದೊಡ್ಡ ಗಾತ್ರದ ತಲಾಧಾರಗಳನ್ನು ಸ್ಥಿರವಾಗಿ ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ. ಅದೇ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, ಉಷ್ಣ ವಾಹಕತೆ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ವಾಹಕತೆ ಉತ್ತಮವಾಗಿದೆ, ಮತ್ತು Si ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಸಾಧನ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಪ್ರಬುದ್ಧವಾಗಿದೆ. ಭವಿಷ್ಯದಲ್ಲಿ Si ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಸಾಧನಗಳೊಂದಿಗೆ ಆಪ್ಟೋಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ GaN ಸಾಧನಗಳನ್ನು ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಸಂಯೋಜಿಸುವ ಸಾಧ್ಯತೆಯು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಮೇಲೆ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯ ಬೆಳವಣಿಗೆಯನ್ನು ಬಹಳ ಆಕರ್ಷಕವಾಗಿ ಮಾಡುತ್ತದೆ.

ಆದಾಗ್ಯೂ, Si ತಲಾಧಾರ ಮತ್ತು GaN ವಸ್ತುವಿನ ನಡುವಿನ ಲ್ಯಾಟಿಸ್ ಸ್ಥಿರಾಂಕಗಳಲ್ಲಿನ ದೊಡ್ಡ ವ್ಯತ್ಯಾಸದಿಂದಾಗಿ, Si ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ GaN ನ ವೈವಿಧ್ಯಮಯ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯು ಒಂದು ವಿಶಿಷ್ಟವಾದ ದೊಡ್ಡ ಅಸಾಮರಸ್ಯ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಾಗಿದೆ, ಮತ್ತು ಇದು ಸಮಸ್ಯೆಗಳ ಸರಣಿಯನ್ನು ಎದುರಿಸಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ:

✔ ಮೇಲ್ಮೈ ಇಂಟರ್ಫೇಸ್ ಶಕ್ತಿ ಸಮಸ್ಯೆ. Si ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ GaN ಬೆಳೆದಾಗ, Si ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ಮೊದಲು ನೈಟ್ರೈಡ್ ಮಾಡಿ ಅಸ್ಫಾಟಿಕ ಸಿಲಿಕಾನ್ ನೈಟ್ರೈಡ್ ಪದರವನ್ನು ರೂಪಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಾಂದ್ರತೆಯ GaN ನ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯೇಶನ್ ಮತ್ತು ಬೆಳವಣಿಗೆಗೆ ಅನುಕೂಲಕರವಾಗಿಲ್ಲ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, Si ಮೇಲ್ಮೈಯು ಮೊದಲು Ga ಅನ್ನು ಸಂಪರ್ಕಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು Si ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ನಾಶಪಡಿಸುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ, Si ಮೇಲ್ಮೈಯ ವಿಭಜನೆಯು ಕಪ್ಪು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಲೆಗಳನ್ನು ರೂಪಿಸಲು GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರಕ್ಕೆ ಹರಡುತ್ತದೆ.

✔ GaN ಮತ್ತು Si ನಡುವಿನ ಲ್ಯಾಟಿಸ್ ಸ್ಥಿರ ಅಸಾಮರಸ್ಯವು ದೊಡ್ಡದಾಗಿದೆ (~ 17%), ಇದು ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ಥ್ರೆಡಿಂಗ್ ಡಿಸ್ಲೊಕೇಶನ್‌ಗಳ ರಚನೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ಗುಣಮಟ್ಟವನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ;

✔ Si ಯೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, GaN ಒಂದು ದೊಡ್ಡ ಉಷ್ಣ ವಿಸ್ತರಣೆ ಗುಣಾಂಕವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ (GaN ನ ಉಷ್ಣ ವಿಸ್ತರಣೆ ಗುಣಾಂಕವು ಸುಮಾರು 5.6×10-6K-1, Si ಯ ಉಷ್ಣ ವಿಸ್ತರಣಾ ಗುಣಾಂಕವು ಸುಮಾರು 2.6×10-6K-1), ಮತ್ತು GaN ನಲ್ಲಿ ಬಿರುಕುಗಳು ಉಂಟಾಗಬಹುದು ಕೋಣೆಯ ಉಷ್ಣಾಂಶಕ್ಕೆ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ತಂಪಾಗಿಸುವ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರ;

✔ Si ಬಹುಸ್ಫಟಿಕದಂತಹ SiNx ಅನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ NH3 ನೊಂದಿಗೆ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಿಸುತ್ತದೆ. AlN ಪಾಲಿಕ್ರಿಸ್ಟಲಿನ್ SiNx ಮೇಲೆ ಆದ್ಯತೆಯ ಆಧಾರಿತ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಅನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ, ಇದು ತರುವಾಯ ಬೆಳೆದ GaN ಪದರದ ಅಸ್ತವ್ಯಸ್ತವಾಗಿರುವ ದೃಷ್ಟಿಕೋನಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಂಖ್ಯೆಯ ದೋಷಗಳು, GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ಕಳಪೆ ಸ್ಫಟಿಕದ ಗುಣಮಟ್ಟಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಏಕ-ಸ್ಫಟಿಕವನ್ನು ರೂಪಿಸುವಲ್ಲಿ ಸಹ ಕಷ್ಟವಾಗುತ್ತದೆ. GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಲೇಯರ್ [6].

ದೊಡ್ಡ ಲ್ಯಾಟಿಸ್ ಅಸಾಮರಸ್ಯದ ಸಮಸ್ಯೆಯನ್ನು ಪರಿಹರಿಸಲು, ಸಂಶೋಧಕರು AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO ಮತ್ತು SiC ನಂತಹ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು Si ತಲಾಧಾರಗಳಲ್ಲಿ ಬಫರ್ ಲೇಯರ್‌ಗಳಾಗಿ ಪರಿಚಯಿಸಲು ಪ್ರಯತ್ನಿಸಿದ್ದಾರೆ. ಪಾಲಿಕ್ರಿಸ್ಟಲಿನ್ SiNx ರಚನೆಯನ್ನು ತಪ್ಪಿಸಲು ಮತ್ತು GaN/AlN/Si (111) ವಸ್ತುಗಳ ಸ್ಫಟಿಕ ಗುಣಮಟ್ಟದ ಮೇಲೆ ಅದರ ಪ್ರತಿಕೂಲ ಪರಿಣಾಮಗಳನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು, AlN ಬಫರ್ ಪದರದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಗೆ ಮೊದಲು TMAl ಅನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಅವಧಿಗೆ ಪರಿಚಯಿಸಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ. SiNx ಅನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ತೆರೆದ Si ಮೇಲ್ಮೈಯೊಂದಿಗೆ NH3 ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಿಸುವುದನ್ನು ತಡೆಯಲು. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳಾದ ಮಾದರಿಯ ತಲಾಧಾರ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವನ್ನು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ಗುಣಮಟ್ಟವನ್ನು ಸುಧಾರಿಸಲು ಬಳಸಬಹುದು. ಈ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಇಂಟರ್ಫೇಸ್‌ನಲ್ಲಿ SiNx ರಚನೆಯನ್ನು ತಡೆಯಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ, GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ಎರಡು ಆಯಾಮದ ಬೆಳವಣಿಗೆಯನ್ನು ಉತ್ತೇಜಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಗುಣಮಟ್ಟವನ್ನು ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಸಿಲಿಕಾನ್ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದಲ್ಲಿ ಬಿರುಕುಗಳನ್ನು ತಪ್ಪಿಸಲು ಉಷ್ಣ ವಿಸ್ತರಣೆ ಗುಣಾಂಕಗಳಲ್ಲಿನ ವ್ಯತ್ಯಾಸದಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ಕರ್ಷಕ ಒತ್ತಡವನ್ನು ಸರಿದೂಗಿಸಲು AlN ಬಫರ್ ಪದರವನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸಲಾಗಿದೆ. AlN ಬಫರ್ ಪದರದ ದಪ್ಪ ಮತ್ತು ಸ್ಟ್ರೈನ್‌ನಲ್ಲಿನ ಕಡಿತದ ನಡುವೆ ಧನಾತ್ಮಕ ಸಂಬಂಧವಿದೆ ಎಂದು ಕ್ರೋಸ್ಟ್‌ನ ಸಂಶೋಧನೆಯು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಬಫರ್ ಪದರದ ದಪ್ಪವು 12nm ತಲುಪಿದಾಗ, 6μm ಗಿಂತ ದಪ್ಪವಿರುವ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರವನ್ನು ಸಿಲಿಕಾನ್ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಲೇಯರ್ ಕ್ರ್ಯಾಕಿಂಗ್ ಇಲ್ಲದೆ ಸೂಕ್ತವಾದ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಯೋಜನೆಯ ಮೂಲಕ ಬೆಳೆಸಬಹುದು.

ಸಂಶೋಧಕರ ದೀರ್ಘಾವಧಿಯ ಪ್ರಯತ್ನಗಳ ನಂತರ, ಸಿಲಿಕಾನ್ ತಲಾಧಾರಗಳ ಮೇಲೆ ಬೆಳೆದ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರಗಳ ಗುಣಮಟ್ಟವನ್ನು ಗಣನೀಯವಾಗಿ ಸುಧಾರಿಸಲಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಕ್ಷೇತ್ರ ಪರಿಣಾಮದ ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್‌ಗಳು, ಶಾಟ್ಕಿ ತಡೆಗೋಡೆ ನೇರಳಾತೀತ ಶೋಧಕಗಳು, ನೀಲಿ-ಹಸಿರು ಎಲ್ಇಡಿಗಳು ಮತ್ತು ನೇರಳಾತೀತ ಲೇಸರ್‌ಗಳಂತಹ ಸಾಧನಗಳು ಗಮನಾರ್ಹ ಪ್ರಗತಿಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಿವೆ.

ಸಾರಾಂಶದಲ್ಲಿ, ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಬಳಸುವ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ತಲಾಧಾರಗಳು ಎಲ್ಲಾ ಭಿನ್ನಜಾತಿಯ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಾದ್ದರಿಂದ, ಅವುಗಳು ಲ್ಯಾಟಿಸ್ ಅಸಾಮರಸ್ಯ ಮತ್ತು ವಿವಿಧ ಹಂತಗಳಲ್ಲಿ ಉಷ್ಣ ವಿಸ್ತರಣೆ ಗುಣಾಂಕಗಳಲ್ಲಿನ ದೊಡ್ಡ ವ್ಯತ್ಯಾಸಗಳಂತಹ ಸಾಮಾನ್ಯ ಸಮಸ್ಯೆಗಳನ್ನು ಎದುರಿಸುತ್ತವೆ. ಏಕರೂಪದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ GaN ತಲಾಧಾರಗಳು ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದ ಪರಿಪಕ್ವತೆಯಿಂದ ಸೀಮಿತವಾಗಿವೆ ಮತ್ತು ತಲಾಧಾರಗಳನ್ನು ಇನ್ನೂ ಬೃಹತ್ ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ ಉತ್ಪಾದಿಸಲಾಗಿಲ್ಲ. ಉತ್ಪಾದನಾ ವೆಚ್ಚವು ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ, ತಲಾಧಾರದ ಗಾತ್ರವು ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ತಲಾಧಾರದ ಗುಣಮಟ್ಟವು ಸೂಕ್ತವಲ್ಲ. ಹೊಸ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ತಲಾಧಾರಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿ ಮತ್ತು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಗುಣಮಟ್ಟದ ಸುಧಾರಣೆಯು GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಉದ್ಯಮದ ಮತ್ತಷ್ಟು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯನ್ನು ನಿರ್ಬಂಧಿಸುವ ಪ್ರಮುಖ ಅಂಶಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದಾಗಿದೆ.

IV. GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಗೆ ಸಾಮಾನ್ಯ ವಿಧಾನಗಳು

MOCVD (ರಾಸಾಯನಿಕ ಆವಿ ಶೇಖರಣೆ)

GaN ತಲಾಧಾರಗಳಲ್ಲಿ ಏಕರೂಪದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯು GaN ಎಪಿಟ್ಯಾಕ್ಸಿಗೆ ಅತ್ಯುತ್ತಮ ಆಯ್ಕೆಯಾಗಿದೆ ಎಂದು ತೋರುತ್ತದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ರಾಸಾಯನಿಕ ಆವಿ ಶೇಖರಣೆಯ ಪೂರ್ವಗಾಮಿಗಳು ಟ್ರೈಮಿಥೈಲ್‌ಗ್ಯಾಲಿಯಮ್ ಮತ್ತು ಅಮೋನಿಯಾ ಮತ್ತು ವಾಹಕ ಅನಿಲ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಆಗಿರುವುದರಿಂದ, ವಿಶಿಷ್ಟವಾದ MOCVD ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಉಷ್ಣತೆಯು ಸುಮಾರು 1000-1100℃, ಮತ್ತು MOCVD ಯ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ದರವು ಗಂಟೆಗೆ ಕೆಲವು ಮೈಕ್ರಾನ್‌ಗಳು. ಇದು ಪರಮಾಣು ಮಟ್ಟದಲ್ಲಿ ಕಡಿದಾದ ಇಂಟರ್ಫೇಸ್‌ಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಬಹುದು, ಇದು ಬೆಳೆಯುತ್ತಿರುವ ಹೆಟೆರೊಜಂಕ್ಷನ್‌ಗಳು, ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಬಾವಿಗಳು, ಸೂಪರ್‌ಲ್ಯಾಟಿಸ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಇತರ ರಚನೆಗಳಿಗೆ ತುಂಬಾ ಸೂಕ್ತವಾಗಿದೆ. ಇದರ ವೇಗದ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ದರ, ಉತ್ತಮ ಏಕರೂಪತೆ ಮತ್ತು ದೊಡ್ಡ-ಪ್ರದೇಶ ಮತ್ತು ಬಹು-ತುಂಡು ಬೆಳವಣಿಗೆಗೆ ಸೂಕ್ತತೆಯನ್ನು ಕೈಗಾರಿಕಾ ಉತ್ಪಾದನೆಯಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.
MBE (ಆಣ್ವಿಕ ಕಿರಣದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ)
ಆಣ್ವಿಕ ಕಿರಣದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ಲಿ, Ga ಒಂದು ಧಾತುರೂಪದ ಮೂಲವನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು RF ಪ್ಲಾಸ್ಮಾ ಮೂಲಕ ಸಾರಜನಕದಿಂದ ಸಕ್ರಿಯ ಸಾರಜನಕವನ್ನು ಪಡೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. MOCVD ವಿಧಾನಕ್ಕೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, MBE ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಉಷ್ಣತೆಯು ಸುಮಾರು 350-400℃ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದೆ. ಕಡಿಮೆ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಉಷ್ಣತೆಯು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದ ಪರಿಸರದಿಂದ ಉಂಟಾಗಬಹುದಾದ ಕೆಲವು ಮಾಲಿನ್ಯವನ್ನು ತಪ್ಪಿಸಬಹುದು. MBE ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ಅಲ್ಟ್ರಾ-ಹೈ ವ್ಯಾಕ್ಯೂಮ್ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಹೆಚ್ಚು ಇನ್-ಸಿಟು ಪತ್ತೆ ವಿಧಾನಗಳನ್ನು ಸಂಯೋಜಿಸಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ. ಅದೇ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, ಅದರ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ದರ ಮತ್ತು ಉತ್ಪಾದನಾ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು MOCVD ಯೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ, ಮತ್ತು ಇದನ್ನು ವೈಜ್ಞಾನಿಕ ಸಂಶೋಧನೆಯಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ [7].

ಚಿತ್ರ 5 (a) Eiko-MBE ಸ್ಕೀಮ್ಯಾಟಿಕ್ (b) MBE ಮುಖ್ಯ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಚೇಂಬರ್ ಸ್ಕೀಮ್ಯಾಟಿಕ್

HVPE ವಿಧಾನ (ಹೈಡ್ರೈಡ್ ಆವಿ ಹಂತದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ)

ಹೈಡ್ರೈಡ್ ಆವಿ ಹಂತದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ ವಿಧಾನದ ಪೂರ್ವಗಾಮಿಗಳು GaCl3 ಮತ್ತು NH3. ಡೆಚ್ಪ್ರೋಮ್ ಮತ್ತು ಇತರರು. ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ನೂರಾರು ಮೈಕ್ರಾನ್‌ಗಳ ದಪ್ಪದ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರವನ್ನು ಬೆಳೆಯಲು ಈ ವಿಧಾನವನ್ನು ಬಳಸಿದರು. ಅವರ ಪ್ರಯೋಗದಲ್ಲಿ, ZnO ಪದರವನ್ನು ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರ ಮತ್ತು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ನಡುವೆ ಬಫರ್ ಪದರವಾಗಿ ಬೆಳೆಸಲಾಯಿತು ಮತ್ತು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರವನ್ನು ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲ್ಮೈಯಿಂದ ಸಿಪ್ಪೆ ತೆಗೆಯಲಾಯಿತು. MOCVD ಮತ್ತು MBE ಯೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, HVPE ವಿಧಾನದ ಮುಖ್ಯ ಲಕ್ಷಣವೆಂದರೆ ಅದರ ಹೆಚ್ಚಿನ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ದರ, ಇದು ದಪ್ಪ ಪದರಗಳು ಮತ್ತು ಬೃಹತ್ ವಸ್ತುಗಳ ಉತ್ಪಾದನೆಗೆ ಸೂಕ್ತವಾಗಿದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ದಪ್ಪವು 20μm ಮೀರಿದಾಗ, ಈ ವಿಧಾನದಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರವು ಬಿರುಕುಗಳಿಗೆ ಗುರಿಯಾಗುತ್ತದೆ.
ಅಕಿರಾ USUI ಈ ವಿಧಾನವನ್ನು ಆಧರಿಸಿ ಮಾದರಿಯ ತಲಾಧಾರ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸಿತು. ಅವರು ಮೊದಲು MOCVD ವಿಧಾನವನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ ತೆಳುವಾದ 1-1.5μm ದಪ್ಪದ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರವನ್ನು ಬೆಳೆಸಿದರು. ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರವು ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ ಬೆಳೆದ 20nm ದಪ್ಪದ GaN ಬಫರ್ ಪದರವನ್ನು ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ ಬೆಳೆದ GaN ಪದರವನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿದೆ. ನಂತರ, 430℃ ನಲ್ಲಿ, SiO2 ಪದರವನ್ನು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಲೇಪಿತಗೊಳಿಸಲಾಯಿತು ಮತ್ತು ಫೋಟೊಲಿಥೋಗ್ರಫಿ ಮೂಲಕ SiO2 ಫಿಲ್ಮ್‌ನಲ್ಲಿ ಕಿಟಕಿ ಪಟ್ಟಿಗಳನ್ನು ಮಾಡಲಾಯಿತು. ಪಟ್ಟಿಯ ಅಂತರವು 7μm ಮತ್ತು ಮುಖವಾಡದ ಅಗಲವು 1μm ನಿಂದ 4μm ವರೆಗೆ ಇರುತ್ತದೆ. ಈ ಸುಧಾರಣೆಯ ನಂತರ, ಅವರು 2-ಇಂಚಿನ ವ್ಯಾಸದ ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರವನ್ನು ಪಡೆದರು, ಅದು ಬಿರುಕು-ಮುಕ್ತವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ದಪ್ಪವು ಹತ್ತಾರು ಅಥವಾ ನೂರಾರು ಮೈಕ್ರಾನ್‌ಗಳಿಗೆ ಹೆಚ್ಚಾದಾಗಲೂ ಕನ್ನಡಿಯಂತೆ ಮೃದುವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ದೋಷದ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ HVPE ವಿಧಾನದ 109-1010cm-2 ರಿಂದ ಸುಮಾರು 6×107cm-2 ಕ್ಕೆ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದೆ. ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ದರವು 75μm/h ಮೀರಿದಾಗ, ಮಾದರಿ ಮೇಲ್ಮೈ ಒರಟಾಗಿರುತ್ತದೆ[8] ಎಂದು ಅವರು ಪ್ರಯೋಗದಲ್ಲಿ ಸೂಚಿಸಿದರು.

ಚಿತ್ರ 6 ಗ್ರಾಫಿಕಲ್ ಸಬ್‌ಸ್ಟ್ರೇಟ್ ಸ್ಕೀಮ್ಯಾಟಿಕ್

V. ಸಾರಾಂಶ ಮತ್ತು ಔಟ್ಲುಕ್

2014 ರಲ್ಲಿ ನೀಲಿ ಬೆಳಕಿನ ಎಲ್‌ಇಡಿ ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದಲ್ಲಿ ನೊಬೆಲ್ ಪ್ರಶಸ್ತಿಯನ್ನು ಗೆದ್ದಾಗ GaN ವಸ್ತುಗಳು ಹೊರಹೊಮ್ಮಲು ಪ್ರಾರಂಭಿಸಿದವು ಮತ್ತು ಗ್ರಾಹಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ಸಾರ್ವಜನಿಕರ ವೇಗದ ಚಾರ್ಜಿಂಗ್ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಪ್ರವೇಶಿಸಿದವು. ವಾಸ್ತವವಾಗಿ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಜನರು ನೋಡಲಾಗದ 5G ಬೇಸ್ ಸ್ಟೇಷನ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾದ ಪವರ್ ಆಂಪ್ಲಿಫೈಯರ್‌ಗಳು ಮತ್ತು RF ಸಾಧನಗಳಲ್ಲಿನ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್‌ಗಳು ಸಹ ಸದ್ದಿಲ್ಲದೆ ಹೊರಹೊಮ್ಮಿವೆ. ಇತ್ತೀಚಿನ ವರ್ಷಗಳಲ್ಲಿ, GaN-ಆಧಾರಿತ ಆಟೋಮೋಟಿವ್-ಗ್ರೇಡ್ ಪವರ್ ಸಾಧನಗಳ ಪ್ರಗತಿಯು GaN ವಸ್ತು ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್ ಮಾರುಕಟ್ಟೆಗೆ ಹೊಸ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಬಿಂದುಗಳನ್ನು ತೆರೆಯುವ ನಿರೀಕ್ಷೆಯಿದೆ.
ಬೃಹತ್ ಮಾರುಕಟ್ಟೆ ಬೇಡಿಕೆಯು ಖಂಡಿತವಾಗಿಯೂ GaN-ಸಂಬಂಧಿತ ಕೈಗಾರಿಕೆಗಳು ಮತ್ತು ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯನ್ನು ಉತ್ತೇಜಿಸುತ್ತದೆ. GaN-ಸಂಬಂಧಿತ ಕೈಗಾರಿಕಾ ಸರಪಳಿಯ ಪರಿಪಕ್ವತೆ ಮತ್ತು ಸುಧಾರಣೆಯೊಂದಿಗೆ, ಪ್ರಸ್ತುತ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ಎದುರಿಸುತ್ತಿರುವ ಸಮಸ್ಯೆಗಳನ್ನು ಅಂತಿಮವಾಗಿ ಸುಧಾರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಅಥವಾ ನಿವಾರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಭವಿಷ್ಯದಲ್ಲಿ, ಜನರು ಖಂಡಿತವಾಗಿಯೂ ಹೆಚ್ಚು ಹೊಸ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳನ್ನು ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚು ಅತ್ಯುತ್ತಮ ತಲಾಧಾರ ಆಯ್ಕೆಗಳನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸುತ್ತಾರೆ. ಆ ಹೊತ್ತಿಗೆ, ಜನರು ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್ ಸನ್ನಿವೇಶಗಳ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳ ಪ್ರಕಾರ ವಿಭಿನ್ನ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್ ಸನ್ನಿವೇಶಗಳಿಗೆ ಹೆಚ್ಚು ಸೂಕ್ತವಾದ ಬಾಹ್ಯ ಸಂಶೋಧನಾ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ ಮತ್ತು ತಲಾಧಾರವನ್ನು ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚು ಸ್ಪರ್ಧಾತ್ಮಕ ಕಸ್ಟಮೈಸ್ ಮಾಡಿದ ಉತ್ಪನ್ನಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತಾರೆ.