Oksidēto stāvo graudu un epitaksiālās augšanas tehnoloģija-Ⅱ

2. Epitaksijas plānslāņa augšana

Substrāts nodrošina fizisku atbalsta slāni vai vadošu slāni Ga2O3 barošanas ierīcēm. Nākamais svarīgais slānis ir kanāla slānis vai epitaksiālais slānis, ko izmanto sprieguma pretestībai un nesēja transportēšanai. Lai palielinātu pārrāvuma spriegumu un samazinātu vadītspējas pretestību, daži priekšnoteikumi ir kontrolējams biezums un dopinga koncentrācija, kā arī optimāla materiāla kvalitāte. Augstas kvalitātes Ga2O3 epitaksiālos slāņus parasti uzklāj, izmantojot molekulāro staru epitaksiju (MBE), metālu organisko ķīmisko tvaiku pārklāšanu (MOCVD), halogenīdu tvaiku pārklāšanu (HVPE), impulsa lāzera pārklāšanu (PLD) un miglas CVD balstītas pārklāšanas metodes.

2. tabula Dažas reprezentatīvas epitaksiālās tehnoloģijas

2.1 MBE metode

MBE tehnoloģija ir slavena ar savu spēju audzēt augstas kvalitātes, bez defektiem β-Ga2O3 plēves ar kontrolējamu n-veida dopingu, pateicoties tās īpaši augstajai vakuuma videi un augstajai materiāla tīrībai. Rezultātā tā ir kļuvusi par vienu no visplašāk pētītajām un potenciāli komercializētajām β-Ga2O3 plānās kārtiņas nogulsnēšanas tehnoloģijām. Turklāt ar MBE metodi veiksmīgi tika sagatavots arī kvalitatīvs, mazleģēts heterostruktūras β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 plānslāņa slānis. MBE var reāllaikā uzraudzīt virsmas struktūru un morfoloģiju ar atomu slāņa precizitāti, izmantojot atstarošanas augstas enerģijas elektronu difrakciju (RHEED). Tomēr β-Ga2O3 plēves, kas audzētas, izmantojot MBE tehnoloģiju, joprojām saskaras ar daudzām problēmām, piemēram, zemu augšanas ātrumu un mazu plēves izmēru. Pētījumā konstatēts, ka pieauguma temps bija (010)>(001)>(−201)>(100). Nedaudz Ga-bagātos apstākļos no 650 līdz 750°C β-Ga2O3 (010) uzrāda optimālu augšanu ar gludu virsmu un augstu augšanas ātrumu. Izmantojot šo metodi, β-Ga2O3 epitaksija tika veiksmīgi sasniegta ar RMS nelīdzenumu 0, 1 nm. β-Ga2O3 Ar Ga bagātā vidē MBE plēves, kas audzētas dažādās temperatūrās, ir parādītas attēlā. Uzņēmums Novel Crystal Technology Inc. ir veiksmīgi epitaksiāli ražojis 10 × 15 mm2 β-Ga2O3MBE vafeles. Tie nodrošina augstas kvalitātes (010) orientētus β-Ga2O3 monokristālu substrātus ar biezumu 500 μm un XRD FWHM zem ​​150 loka sekundēm. Substrāts ir leģēts ar Sn vai Fe. Ar Sn leģēta vadoša substrāta dopinga koncentrācija ir no 1E18 līdz 9E18cm-3, savukārt ar dzelzi leģēta pusizolācijas substrāta pretestība ir lielāka par 10E10 Ω cm.

2.2 MOCVD metode

MOCVD izmanto metālu organiskos savienojumus kā prekursormateriālus, lai audzētu plānas kārtiņas, tādējādi panākot liela mēroga komerciālu ražošanu. Audzējot Ga2O3, izmantojot MOCVD metodi, kā Ga avotu parasti izmanto trimetilgalliju (TMGa), trietilgalliju (TEGa) un Ga (dipentilglikola formiātu), savukārt par skābekļa avotu izmanto H2O, O2 vai N2O. Augšanai, izmantojot šo metodi, parasti ir nepieciešama augsta temperatūra (>800°C). Šai tehnoloģijai ir potenciāls panākt zemu nesēju koncentrāciju un augstas un zemas temperatūras elektronu mobilitāti, tāpēc tai ir liela nozīme augstas veiktspējas β-Ga2O3 jaudas ierīču realizācijā. Salīdzinot ar MBE augšanas metodi, MOCVD priekšrocība ir ļoti augsta β-Ga2O3 plēvju augšanas ātruma sasniegšana augstas temperatūras augšanas un ķīmisko reakciju īpašību dēļ.

7. attēls β-Ga2O3 (010) AFM attēls

8. attēls β-Ga2O3 Attiecība starp μ un loksnes pretestību, ko mēra ar Holu un temperatūru

2.3 HVPE metode

HVPE ir nobriedusi epitaksiskā tehnoloģija, un to plaši izmanto III-V salikto pusvadītāju epitaksiālajā augšanā. HVPE ir pazīstama ar zemajām ražošanas izmaksām, ātru augšanas ātrumu un lielo plēves biezumu. Jāatzīmē, ka HVPEβ-Ga2O3 parasti ir raupja virsmas morfoloģija un augsts virsmas defektu un bedru blīvums. Tāpēc pirms ierīces izgatavošanas ir nepieciešami ķīmiski un mehāniski pulēšanas procesi. HVPE tehnoloģija β-Ga2O3 epitaksijai parasti izmanto gāzveida GaCl un O2 kā prekursorus, lai veicinātu (001) β-Ga2O3 matricas augstas temperatūras reakciju. 9. attēlā parādīts epitaksiālās plēves virsmas stāvoklis un augšanas ātrums kā temperatūras funkcija. Pēdējos gados Japānas uzņēmums Novel Crystal Technology Inc. ir guvis ievērojamus komerciālus panākumus HVPE homoepitaksiālajā β-Ga2O3 ar epitaksiālā slāņa biezumu no 5 līdz 10 μm un vafeļu izmēriem 2 un 4 collas. Turklāt 20 μm biezas HVPE β-Ga2O3 homoepitaksiālās vafeles, ko ražo China Electronics Technology Group Corporation, arī ir nonākušas komercializācijas stadijā.

9. attēls HVPE metode β-Ga2O3

2.4. PLD metode

PLD tehnoloģiju galvenokārt izmanto sarežģītu oksīda plēvju un heterostruktūru uzklāšanai. PLD augšanas procesa laikā fotonu enerģija tiek savienota ar mērķa materiālu, izmantojot elektronu emisijas procesu. Atšķirībā no MBE, PLD avota daļiņas tiek veidotas ar lāzera starojumu ar ārkārtīgi augstu enerģiju (> 100 eV) un pēc tam tiek nogulsnētas uz sakarsēta substrāta. Tomēr ablācijas procesā dažas augstas enerģijas daļiņas tieši ietekmēs materiāla virsmu, radot punktveida defektus un tādējādi samazinot plēves kvalitāti. Līdzīgi kā MBE metodi, RHEED var izmantot, lai reāllaikā uzraudzītu materiāla virsmas struktūru un morfoloģiju PLD β-Ga2O3 nogulsnēšanas procesā, ļaujot pētniekiem precīzi iegūt informāciju par augšanu. Paredzams, ka PLD metode audzēs ļoti vadošas β-Ga2O3 plēves, padarot to par optimizētu omisku kontaktu risinājumu Ga2O3 barošanas ierīcēs.

10. attēls AFM attēls ar Si leģētu Ga2O3

2.5 MIST-CVD metode

MIST-CVD ir salīdzinoši vienkārša un rentabla plānslāņa augšanas tehnoloģija. Šī CVD metode ietver reakciju, izsmidzinot atomizētu prekursoru uz substrāta, lai panāktu plānslāņa nogulsnēšanos. Tomēr līdz šim Ga2O3, kas audzēts, izmantojot miglas CVD, joprojām trūkst labu elektrisko īpašību, kas atstāj daudz iespēju uzlabot un optimizēt nākotnē.