ਤੀਜੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ GaN ਅਤੇ ਸੰਬੰਧਿਤ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਦੀ ਸੰਖੇਪ ਜਾਣ-ਪਛਾਣ

1. ਤੀਜੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ

ਪਹਿਲੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੀ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਸਮੱਗਰੀ ਜਿਵੇਂ ਕਿ Si ਅਤੇ Ge ਦੇ ਆਧਾਰ 'ਤੇ ਵਿਕਸਤ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ। ਇਹ ਟਰਾਂਜ਼ਿਸਟਰਾਂ ਅਤੇ ਏਕੀਕ੍ਰਿਤ ਸਰਕਟ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਦੇ ਵਿਕਾਸ ਲਈ ਪਦਾਰਥਕ ਆਧਾਰ ਹੈ। ਪਹਿਲੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੀ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਸਮੱਗਰੀ ਨੇ 20ਵੀਂ ਸਦੀ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਉਦਯੋਗ ਦੀ ਨੀਂਹ ਰੱਖੀ ਅਤੇ ਏਕੀਕ੍ਰਿਤ ਸਰਕਟ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਲਈ ਬੁਨਿਆਦੀ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਹਨ।

ਦੂਜੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਪਦਾਰਥਾਂ ਵਿੱਚ ਮੁੱਖ ਤੌਰ 'ਤੇ ਗੈਲਿਅਮ ਆਰਸੈਨਾਈਡ, ਇੰਡੀਅਮ ਫਾਸਫਾਈਡ, ਗੈਲਿਅਮ ਫਾਸਫਾਈਡ, ਇੰਡੀਅਮ ਆਰਸੈਨਾਈਡ, ਐਲੂਮੀਨੀਅਮ ਆਰਸੈਨਾਈਡ ਅਤੇ ਉਨ੍ਹਾਂ ਦੇ ਤ੍ਰਿਏਕ ਮਿਸ਼ਰਣ ਸ਼ਾਮਲ ਹਨ। ਦੂਜੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਸਮੱਗਰੀ ਆਪਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨਿਕ ਸੂਚਨਾ ਉਦਯੋਗ ਦੀ ਨੀਂਹ ਹਨ। ਇਸ ਆਧਾਰ 'ਤੇ, ਰੋਸ਼ਨੀ, ਡਿਸਪਲੇ, ਲੇਜ਼ਰ, ਅਤੇ ਫੋਟੋਵੋਲਟੈਕਸ ਵਰਗੇ ਸੰਬੰਧਿਤ ਉਦਯੋਗ ਵਿਕਸਿਤ ਕੀਤੇ ਗਏ ਹਨ। ਉਹ ਸਮਕਾਲੀ ਸੂਚਨਾ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਅਤੇ ਆਪਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨਿਕ ਡਿਸਪਲੇ ਉਦਯੋਗਾਂ ਵਿੱਚ ਵਿਆਪਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਰਤੇ ਜਾਂਦੇ ਹਨ।

ਤੀਜੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਦੀ ਪ੍ਰਤੀਨਿਧ ਸਮੱਗਰੀ ਵਿੱਚ ਗੈਲਿਅਮ ਨਾਈਟਰਾਈਡ ਅਤੇ ਸਿਲੀਕਾਨ ਕਾਰਬਾਈਡ ਸ਼ਾਮਲ ਹਨ। ਉਹਨਾਂ ਦੇ ਵਿਆਪਕ ਬੈਂਡ ਗੈਪ, ਉੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਸੰਤ੍ਰਿਪਤਾ ਡ੍ਰਾਇਫਟ ਵੇਗ, ਉੱਚ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ, ਅਤੇ ਉੱਚ ਟੁੱਟਣ ਵਾਲੀ ਫੀਲਡ ਤਾਕਤ ਦੇ ਕਾਰਨ, ਇਹ ਉੱਚ-ਪਾਵਰ ਘਣਤਾ, ਉੱਚ-ਵਾਰਵਾਰਤਾ, ਅਤੇ ਘੱਟ-ਨੁਕਸਾਨ ਵਾਲੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਉਪਕਰਣਾਂ ਨੂੰ ਤਿਆਰ ਕਰਨ ਲਈ ਆਦਰਸ਼ ਸਮੱਗਰੀ ਹਨ। ਉਹਨਾਂ ਵਿੱਚੋਂ, ਸਿਲੀਕਾਨ ਕਾਰਬਾਈਡ ਪਾਵਰ ਡਿਵਾਈਸਾਂ ਵਿੱਚ ਉੱਚ ਊਰਜਾ ਘਣਤਾ, ਘੱਟ ਊਰਜਾ ਦੀ ਖਪਤ, ਅਤੇ ਛੋਟੇ ਆਕਾਰ ਦੇ ਫਾਇਦੇ ਹਨ, ਅਤੇ ਨਵੇਂ ਊਰਜਾ ਵਾਹਨਾਂ, ਫੋਟੋਵੋਲਟੈਕਸ, ਰੇਲ ਆਵਾਜਾਈ, ਵੱਡੇ ਡੇਟਾ ਅਤੇ ਹੋਰ ਖੇਤਰਾਂ ਵਿੱਚ ਵਿਆਪਕ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨ ਸੰਭਾਵਨਾਵਾਂ ਹਨ। ਗੈਲਿਅਮ ਨਾਈਟਰਾਈਡ RF ਡਿਵਾਈਸਾਂ ਵਿੱਚ ਉੱਚ ਫ੍ਰੀਕੁਐਂਸੀ, ਉੱਚ ਸ਼ਕਤੀ, ਚੌੜੀ ਬੈਂਡਵਿਡਥ, ਘੱਟ ਪਾਵਰ ਖਪਤ ਅਤੇ ਛੋਟੇ ਆਕਾਰ ਦੇ ਫਾਇਦੇ ਹਨ, ਅਤੇ 5G ਸੰਚਾਰ, ਚੀਜ਼ਾਂ ਦੇ ਇੰਟਰਨੈਟ, ਮਿਲਟਰੀ ਰਾਡਾਰ ਅਤੇ ਹੋਰ ਖੇਤਰਾਂ ਵਿੱਚ ਵਿਆਪਕ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨ ਸੰਭਾਵਨਾਵਾਂ ਹਨ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਗੈਲਿਅਮ ਨਾਈਟਰਾਈਡ-ਅਧਾਰਤ ਪਾਵਰ ਡਿਵਾਈਸਾਂ ਨੂੰ ਘੱਟ ਵੋਲਟੇਜ ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ ਵਿਆਪਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਰਤਿਆ ਗਿਆ ਹੈ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਹਾਲ ਹੀ ਦੇ ਸਾਲਾਂ ਵਿੱਚ, ਉੱਭਰ ਰਹੇ ਗੈਲਿਅਮ ਆਕਸਾਈਡ ਸਮੱਗਰੀ ਤੋਂ ਮੌਜੂਦਾ SiC ਅਤੇ GaN ਤਕਨਾਲੋਜੀਆਂ ਦੇ ਨਾਲ ਤਕਨੀਕੀ ਪੂਰਕ ਬਣਨ ਦੀ ਉਮੀਦ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਅਤੇ ਘੱਟ-ਵਾਰਵਾਰਤਾ ਅਤੇ ਉੱਚ-ਵੋਲਟੇਜ ਖੇਤਰਾਂ ਵਿੱਚ ਸੰਭਾਵੀ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨ ਸੰਭਾਵਨਾਵਾਂ ਹਨ।

ਦੂਜੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ, ਤੀਜੀ-ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਵਿੱਚ ਵਿਆਪਕ ਬੈਂਡਗੈਪ ਚੌੜਾਈ ਹੁੰਦੀ ਹੈ (Si ਦੀ ਬੈਂਡਗੈਪ ਚੌੜਾਈ, ਪਹਿਲੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਇੱਕ ਖਾਸ ਸਮੱਗਰੀ, ਲਗਭਗ 1.1eV ਹੈ, GaAs ਦੀ ਬੈਂਡਗੈਪ ਚੌੜਾਈ, ਇੱਕ ਆਮ ਦੂਜੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਸਮੱਗਰੀ, ਬਾਰੇ ਹੈ 1.42eV, ਅਤੇ GaN ਦੀ ਬੈਂਡਗੈਪ ਚੌੜਾਈ, ਤੀਜੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਇੱਕ ਖਾਸ ਸਮੱਗਰੀ, 2.3eV ਤੋਂ ਉੱਪਰ ਹੈ), ਮਜ਼ਬੂਤ ​​ਰੇਡੀਏਸ਼ਨ ਪ੍ਰਤੀਰੋਧ, ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਫੀਲਡ ਟੁੱਟਣ ਦਾ ਮਜ਼ਬੂਤ ​​ਵਿਰੋਧ, ਅਤੇ ਉੱਚ ਤਾਪਮਾਨ ਪ੍ਰਤੀਰੋਧ। ਵਿਆਪਕ ਬੈਂਡਗੈਪ ਚੌੜਾਈ ਵਾਲੀ ਤੀਜੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਸਾਮੱਗਰੀ ਖਾਸ ਤੌਰ 'ਤੇ ਰੇਡੀਏਸ਼ਨ-ਰੋਧਕ, ਉੱਚ-ਵਾਰਵਾਰਤਾ, ਉੱਚ-ਸ਼ਕਤੀ ਅਤੇ ਉੱਚ-ਏਕੀਕਰਣ-ਘਣਤਾ ਵਾਲੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਉਪਕਰਣਾਂ ਦੇ ਉਤਪਾਦਨ ਲਈ ਢੁਕਵੇਂ ਹਨ। ਮਾਈਕ੍ਰੋਵੇਵ ਰੇਡੀਓ ਫ੍ਰੀਕੁਐਂਸੀ ਡਿਵਾਈਸਾਂ, ਐਲਈਡੀ, ਲੇਜ਼ਰ, ਪਾਵਰ ਡਿਵਾਈਸਾਂ ਅਤੇ ਹੋਰ ਖੇਤਰਾਂ ਵਿੱਚ ਉਹਨਾਂ ਦੀਆਂ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਨੇ ਬਹੁਤ ਧਿਆਨ ਖਿੱਚਿਆ ਹੈ, ਅਤੇ ਉਹਨਾਂ ਨੇ ਮੋਬਾਈਲ ਸੰਚਾਰ, ਸਮਾਰਟ ਗਰਿੱਡ, ਰੇਲ ਆਵਾਜਾਈ, ਨਵੇਂ ਊਰਜਾ ਵਾਹਨਾਂ, ਉਪਭੋਗਤਾ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕਸ, ਅਤੇ ਅਲਟਰਾਵਾਇਲਟ ਅਤੇ ਨੀਲੇ ਵਿੱਚ ਵਿਆਪਕ ਵਿਕਾਸ ਸੰਭਾਵਨਾਵਾਂ ਦਿਖਾਈਆਂ ਹਨ। -ਹਰੀ ਰੋਸ਼ਨੀ ਵਾਲੇ ਯੰਤਰ [1]।

ਚਿੱਤਰ ਸਰੋਤ: CASA, Zheshang Securities Research Institute

ਚਿੱਤਰ 1 GaN ਪਾਵਰ ਡਿਵਾਈਸ ਟਾਈਮ ਸਕੇਲ ਅਤੇ ਪੂਰਵ ਅਨੁਮਾਨ

II GaN ਸਮੱਗਰੀ ਬਣਤਰ ਅਤੇ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂ

GaN ਇੱਕ ਸਿੱਧਾ ਬੈਂਡਗੈਪ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਹੈ। ਕਮਰੇ ਦੇ ਤਾਪਮਾਨ 'ਤੇ ਵੁਰਜ਼ਾਈਟ ਢਾਂਚੇ ਦੀ ਬੈਂਡਗੈਪ ਚੌੜਾਈ ਲਗਭਗ 3.26eV ਹੈ। GaN ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਵਿੱਚ ਤਿੰਨ ਮੁੱਖ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਬਣਤਰ ਹੁੰਦੇ ਹਨ, ਅਰਥਾਤ ਵੂਰਟਾਈਟ ਬਣਤਰ, ਸਪਲੇਰਾਈਟ ਬਣਤਰ ਅਤੇ ਚੱਟਾਨ ਨਮਕ ਬਣਤਰ। ਉਹਨਾਂ ਵਿੱਚੋਂ, ਵੁਰਜ਼ਾਈਟ ਬਣਤਰ ਸਭ ਤੋਂ ਸਥਿਰ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਬਣਤਰ ਹੈ। ਚਿੱਤਰ 2 GaN ਦੇ ਹੈਕਸਾਗੋਨਲ ਵੁਰਟਜ਼ਾਈਟ ਬਣਤਰ ਦਾ ਇੱਕ ਚਿੱਤਰ ਹੈ। GaN ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਵੁਰਟਜ਼ਾਈਟ ਬਣਤਰ ਇੱਕ ਹੈਕਸਾਗੋਨਲ ਨਜ਼ਦੀਕੀ-ਪੈਕ ਢਾਂਚੇ ਨਾਲ ਸਬੰਧਤ ਹੈ। ਹਰੇਕ ਯੂਨਿਟ ਸੈੱਲ ਵਿੱਚ 12 ਪਰਮਾਣੂ ਹੁੰਦੇ ਹਨ, ਜਿਸ ਵਿੱਚ 6 N ਪਰਮਾਣੂ ਅਤੇ 6 Ga ਪਰਮਾਣੂ ਸ਼ਾਮਲ ਹੁੰਦੇ ਹਨ। ਹਰੇਕ Ga (N) ਪਰਮਾਣੂ 4 ਨਜ਼ਦੀਕੀ N (Ga) ਪਰਮਾਣੂਆਂ ਦੇ ਨਾਲ ਇੱਕ ਬੰਧਨ ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ ਅਤੇ [0001] ਦਿਸ਼ਾ [2] ਦੇ ਨਾਲ ABABAB ਦੇ ਕ੍ਰਮ ਵਿੱਚ ਸਟੈਕ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।

ਚਿੱਤਰ 2 Wurtzite ਢਾਂਚਾ GaN ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਸੈੱਲ ਡਾਇਗ੍ਰਾਮ

III GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਲਈ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਰਤੇ ਜਾਂਦੇ ਸਬਸਟਰੇਟ

ਅਜਿਹਾ ਲਗਦਾ ਹੈ ਕਿ GaN ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ 'ਤੇ ਸਮਰੂਪ ਐਪੀਟੈਕਸੀ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਲਈ ਸਭ ਤੋਂ ਵਧੀਆ ਵਿਕਲਪ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ, GaN ਦੀ ਵੱਡੀ ਬਾਂਡ ਊਰਜਾ ਦੇ ਕਾਰਨ, ਜਦੋਂ ਤਾਪਮਾਨ 2500℃ ਦੇ ਪਿਘਲਣ ਵਾਲੇ ਬਿੰਦੂ ਤੱਕ ਪਹੁੰਚਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ ਇਸਦਾ ਅਨੁਸਾਰੀ ਸੜਨ ਦਾ ਦਬਾਅ ਲਗਭਗ 4.5GPa ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਜਦੋਂ ਸੜਨ ਦਾ ਦਬਾਅ ਇਸ ਦਬਾਅ ਤੋਂ ਘੱਟ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ GaN ਪਿਘਲਦਾ ਨਹੀਂ ਪਰ ਸਿੱਧਾ ਕੰਪੋਜ਼ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਪਰਿਪੱਕ ਸਬਸਟਰੇਟ ਤਿਆਰ ਕਰਨ ਵਾਲੀਆਂ ਤਕਨੀਕਾਂ ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਜ਼ੋਕਰਾਲਸਕੀ ਵਿਧੀ ਨੂੰ GaN ਸਿੰਗਲ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਦੀ ਤਿਆਰੀ ਲਈ ਅਣਉਚਿਤ ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ GaN ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਨੂੰ ਵੱਡੇ ਪੱਧਰ 'ਤੇ ਪੈਦਾ ਕਰਨਾ ਮੁਸ਼ਕਲ ਅਤੇ ਮਹਿੰਗਾ ਹੋ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ, ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ GaN epitaxial ਵਾਧੇ ਵਿੱਚ ਵਰਤੇ ਜਾਣ ਵਾਲੇ ਸਬਸਟਰੇਟ ਮੁੱਖ ਤੌਰ 'ਤੇ Si, SiC, ਨੀਲਮ, ਆਦਿ [3] ਹਨ।

ਚਾਰਟ 3 GaN ਅਤੇ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਰਤੀਆਂ ਜਾਂਦੀਆਂ ਸਬਸਟਰੇਟ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਦੇ ਮਾਪਦੰਡ

ਨੀਲਮ 'ਤੇ GaN epitaxy

ਨੀਲਮ ਵਿੱਚ ਸਥਿਰ ਰਸਾਇਣਕ ਗੁਣ ਹਨ, ਸਸਤੇ ਹਨ, ਅਤੇ ਵੱਡੇ ਪੈਮਾਨੇ ਦੇ ਉਤਪਾਦਨ ਉਦਯੋਗ ਦੀ ਉੱਚ ਪਰਿਪੱਕਤਾ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ, ਇਹ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਡਿਵਾਈਸ ਇੰਜਨੀਅਰਿੰਗ ਵਿੱਚ ਸਭ ਤੋਂ ਪੁਰਾਣੀ ਅਤੇ ਸਭ ਤੋਂ ਵੱਧ ਵਰਤੀ ਜਾਣ ਵਾਲੀ ਸਬਸਟਰੇਟ ਸਮੱਗਰੀ ਬਣ ਗਈ ਹੈ। GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਲਈ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਰਤੇ ਜਾਣ ਵਾਲੇ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਵਿੱਚੋਂ ਇੱਕ ਹੋਣ ਦੇ ਨਾਤੇ, ਮੁੱਖ ਸਮੱਸਿਆਵਾਂ ਜਿਨ੍ਹਾਂ ਨੂੰ ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਲਈ ਹੱਲ ਕਰਨ ਦੀ ਲੋੜ ਹੈ:

✔ ਨੀਲਮ (Al2O3) ਅਤੇ GaN (ਲਗਭਗ 15%) ਵਿਚਕਾਰ ਵੱਡੀ ਜਾਲੀ ਦੀ ਬੇਮੇਲ ਹੋਣ ਕਾਰਨ, ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਅਤੇ ਸਬਸਟਰੇਟ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਇੰਟਰਫੇਸ 'ਤੇ ਨੁਕਸ ਦੀ ਘਣਤਾ ਬਹੁਤ ਜ਼ਿਆਦਾ ਹੈ। ਇਸਦੇ ਮਾੜੇ ਪ੍ਰਭਾਵਾਂ ਨੂੰ ਘਟਾਉਣ ਲਈ, ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਸ਼ੁਰੂ ਹੋਣ ਤੋਂ ਪਹਿਲਾਂ ਸਬਸਟਰੇਟ ਨੂੰ ਗੁੰਝਲਦਾਰ ਪ੍ਰੀ-ਟਰੀਟਮੈਂਟ ਦੇ ਅਧੀਨ ਕੀਤਾ ਜਾਣਾ ਚਾਹੀਦਾ ਹੈ। ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ 'ਤੇ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣ ਤੋਂ ਪਹਿਲਾਂ, ਸਬਸਟਰੇਟ ਦੀ ਸਤ੍ਹਾ ਨੂੰ ਪਹਿਲਾਂ ਗੰਦਗੀ, ਰਹਿੰਦ-ਖੂੰਹਦ ਨੂੰ ਪਾਲਿਸ਼ ਕਰਨ ਵਾਲੇ ਨੁਕਸਾਨ, ਆਦਿ ਨੂੰ ਹਟਾਉਣ ਲਈ, ਅਤੇ ਸਟੈਪ ਅਤੇ ਸਟੈਪ ਸਤਹ ਬਣਤਰ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਸਖਤੀ ਨਾਲ ਸਾਫ਼ ਕੀਤਾ ਜਾਣਾ ਚਾਹੀਦਾ ਹੈ। ਫਿਰ, ਸਬਸਟਰੇਟ ਸਤਹ ਨੂੰ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਦੀਆਂ ਗਿੱਲੀਆਂ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂ ਨੂੰ ਬਦਲਣ ਲਈ ਨਾਈਟ੍ਰਾਈਡ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਅੰਤ ਵਿੱਚ, ਇੱਕ ਪਤਲੀ AlN ਬਫਰ ਪਰਤ (ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ 10-100nm ਮੋਟੀ) ਨੂੰ ਸਬਸਟਰੇਟ ਸਤਹ 'ਤੇ ਜਮ੍ਹਾ ਕਰਨ ਦੀ ਲੋੜ ਹੁੰਦੀ ਹੈ ਅਤੇ ਅੰਤਮ ਐਪੀਟੈਕਸੀਲ ਵਿਕਾਸ ਲਈ ਤਿਆਰ ਕਰਨ ਲਈ ਘੱਟ ਤਾਪਮਾਨ 'ਤੇ ਐਨੀਲ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਫਿਰ ਵੀ, ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ 'ਤੇ ਉੱਗਣ ਵਾਲੀਆਂ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਫਿਲਮਾਂ ਵਿਚ ਡਿਸਲੋਕੇਸ਼ਨ ਘਣਤਾ ਅਜੇ ਵੀ ਹੋਮੋਏਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਫਿਲਮਾਂ ਨਾਲੋਂ ਜ਼ਿਆਦਾ ਹੈ (ਲਗਭਗ 1010 ਸੈਂਟੀਮੀਟਰ-2, ਸਿਲੀਕਾਨ ਹੋਮਿਓਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਫਿਲਮਾਂ ਜਾਂ ਗੈਲਿਅਮ ਆਰਸੈਨਾਈਡ ਹੋਮੋਏਪੀਟਾਕਸੀਅਲ ਫਿਲਮਾਂ ਵਿਚ ਜ਼ੀਰੋ ਡਿਸਲੋਕੇਸ਼ਨ ਘਣਤਾ ਦੀ ਤੁਲਨਾ ਵਿਚ, 2). ਉੱਚ ਨੁਕਸ ਦੀ ਘਣਤਾ ਕੈਰੀਅਰ ਦੀ ਗਤੀਸ਼ੀਲਤਾ ਨੂੰ ਘਟਾਉਂਦੀ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਘੱਟ ਗਿਣਤੀ ਕੈਰੀਅਰ ਦੀ ਉਮਰ ਘਟਦੀ ਹੈ ਅਤੇ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਨੂੰ ਘਟਾਉਂਦਾ ਹੈ, ਇਹ ਸਭ ਡਿਵਾਈਸ ਦੀ ਕਾਰਗੁਜ਼ਾਰੀ [4] ਨੂੰ ਘਟਾ ਦੇਵੇਗਾ;

✔ ਨੀਲਮ ਦਾ ਥਰਮਲ ਵਿਸਤਾਰ ਗੁਣਾਂਕ GaN ਤੋਂ ਵੱਧ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਇਸਲਈ ਜਮ੍ਹਾ ਤਾਪਮਾਨ ਤੋਂ ਕਮਰੇ ਦੇ ਤਾਪਮਾਨ ਤੱਕ ਠੰਢਾ ਹੋਣ ਦੀ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੌਰਾਨ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਵਿੱਚ ਬਾਇਐਕਸੀਅਲ ਸੰਕੁਚਿਤ ਤਣਾਅ ਪੈਦਾ ਹੋਵੇਗਾ। ਮੋਟੀਆਂ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਫਿਲਮਾਂ ਲਈ, ਇਹ ਤਣਾਅ ਫਿਲਮ ਜਾਂ ਇੱਥੋਂ ਤੱਕ ਕਿ ਸਬਸਟਰੇਟ ਦੇ ਕ੍ਰੈਕਿੰਗ ਦਾ ਕਾਰਨ ਬਣ ਸਕਦਾ ਹੈ;

✔ ਹੋਰ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਦੀ ਤੁਲਨਾ ਵਿੱਚ, ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਘੱਟ ਹੈ (ਲਗਭਗ 0.25W*cm-1*K-1 100℃ 'ਤੇ), ਅਤੇ ਗਰਮੀ ਦੀ ਖਰਾਬੀ ਦੀ ਕਾਰਗੁਜ਼ਾਰੀ ਮਾੜੀ ਹੈ;

✔ ਇਸਦੀ ਮਾੜੀ ਸੰਚਾਲਕਤਾ ਦੇ ਕਾਰਨ, ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟ ਉਹਨਾਂ ਦੇ ਏਕੀਕਰਣ ਅਤੇ ਹੋਰ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਉਪਕਰਣਾਂ ਨਾਲ ਲਾਗੂ ਕਰਨ ਲਈ ਅਨੁਕੂਲ ਨਹੀਂ ਹਨ।

ਹਾਲਾਂਕਿ ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ 'ਤੇ ਉਗਾਈਆਂ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਲ ਲੇਅਰਾਂ ਦੀ ਨੁਕਸ ਘਣਤਾ ਜ਼ਿਆਦਾ ਹੈ, ਇਹ GaN-ਅਧਾਰਤ ਨੀਲੇ-ਹਰੇ LEDs ਦੇ ਆਪਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨਿਕ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਨੂੰ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਤੌਰ 'ਤੇ ਘੱਟ ਨਹੀਂ ਕਰਦੀ, ਇਸਲਈ ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟ ਅਜੇ ਵੀ GaN- ਅਧਾਰਤ LEDs ਲਈ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਰਤੇ ਜਾਂਦੇ ਸਬਸਟਰੇਟ ਹਨ।

GaN ਯੰਤਰਾਂ ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਲੇਜ਼ਰ ਜਾਂ ਹੋਰ ਉੱਚ-ਘਣਤਾ ਵਾਲੇ ਪਾਵਰ ਯੰਤਰਾਂ ਦੀਆਂ ਹੋਰ ਨਵੀਆਂ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਦੇ ਵਿਕਾਸ ਦੇ ਨਾਲ, ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਦੇ ਅੰਦਰੂਨੀ ਨੁਕਸ ਉਹਨਾਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ 'ਤੇ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਇੱਕ ਸੀਮਾ ਬਣ ਗਏ ਹਨ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, SiC ਸਬਸਟਰੇਟ ਗ੍ਰੋਥ ਟੈਕਨਾਲੋਜੀ ਦੇ ਵਿਕਾਸ, ਲਾਗਤ ਵਿੱਚ ਕਮੀ ਅਤੇ Si ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ 'ਤੇ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਟੈਕਨਾਲੋਜੀ ਦੀ ਪਰਿਪੱਕਤਾ ਦੇ ਨਾਲ, ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ 'ਤੇ ਵਧ ਰਹੀ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਲੇਅਰਾਂ 'ਤੇ ਹੋਰ ਖੋਜ ਨੇ ਹੌਲੀ-ਹੌਲੀ ਕੂਲਿੰਗ ਰੁਝਾਨ ਦਿਖਾਇਆ ਹੈ।

SiC 'ਤੇ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀ

ਨੀਲਮ ਦੀ ਤੁਲਨਾ ਵਿੱਚ, SiC ਸਬਸਟਰੇਟਸ (4H- ਅਤੇ 6H-ਕ੍ਰਿਸਟਲ) ਵਿੱਚ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਲੇਅਰਾਂ (3.1%, [0001] ਓਰੀਐਂਟਿਡ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਫਿਲਮਾਂ ਦੇ ਬਰਾਬਰ), ਉੱਚ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ (ਲਗਭਗ 3.8W*cm-1*K) ਨਾਲ ਇੱਕ ਛੋਟੀ ਜਾਲੀ ਦਾ ਮੇਲ ਨਹੀਂ ਹੈ। -1), ਆਦਿ. ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, SiC ਸਬਸਟਰੇਟਸ ਦੀ ਚਾਲਕਤਾ ਵੀ ਆਗਿਆ ਦਿੰਦੀ ਹੈ ਸਬਸਟਰੇਟ ਦੇ ਪਿਛਲੇ ਪਾਸੇ ਬਣਾਏ ਜਾਣ ਵਾਲੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੀਕਲ ਸੰਪਰਕ, ਜੋ ਡਿਵਾਈਸ ਦੀ ਬਣਤਰ ਨੂੰ ਸਰਲ ਬਣਾਉਣ ਵਿੱਚ ਮਦਦ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਇਹਨਾਂ ਫਾਇਦਿਆਂ ਦੀ ਮੌਜੂਦਗੀ ਨੇ ਵੱਧ ਤੋਂ ਵੱਧ ਖੋਜਕਰਤਾਵਾਂ ਨੂੰ ਸਿਲੀਕਾਨ ਕਾਰਬਾਈਡ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ 'ਤੇ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀ' ਤੇ ਕੰਮ ਕਰਨ ਲਈ ਆਕਰਸ਼ਿਤ ਕੀਤਾ ਹੈ।

ਹਾਲਾਂਕਿ, ਵਧ ਰਹੇ GaN ਐਪੀਲੇਅਰਾਂ ਤੋਂ ਬਚਣ ਲਈ ਸਿੱਧੇ SiC ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ 'ਤੇ ਕੰਮ ਕਰਨ ਨਾਲ ਵੀ ਕਈ ਨੁਕਸਾਨਾਂ ਦਾ ਸਾਹਮਣਾ ਕਰਨਾ ਪੈਂਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਹੇਠ ਲਿਖੇ ਸ਼ਾਮਲ ਹਨ:

✔ SiC ਸਬਸਟਰੇਟਸ ਦੀ ਸਤਹ ਦੀ ਖੁਰਦਰੀ ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟਸ (ਨੀਲਮ ਖੁਰਦਰੀ 0.1nm RMS, SiC ਖੁਰਦਰੀ 1nm RMS) ਨਾਲੋਂ ਬਹੁਤ ਜ਼ਿਆਦਾ ਹੈ, SiC ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਵਿੱਚ ਉੱਚ ਕਠੋਰਤਾ ਅਤੇ ਮਾੜੀ ਪ੍ਰੋਸੈਸਿੰਗ ਕਾਰਗੁਜ਼ਾਰੀ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਅਤੇ ਇਹ ਮੋਟਾਪਣ ਅਤੇ ਬਕਾਇਆ ਪਾਲਿਸ਼ਿੰਗ ਨੁਕਸਾਨ ਵੀ ਇੱਕ ਹੈ। GaN ਐਪੀਲੇਅਰਜ਼ ਵਿੱਚ ਨੁਕਸ ਦੇ ਸਰੋਤ।

✔ SiC ਸਬਸਟਰੇਟਸ ਦੀ ਪੇਚ ਡਿਸਲੋਕੇਸ਼ਨ ਘਣਤਾ ਜ਼ਿਆਦਾ ਹੈ (ਡਿਸਲੋਕੇਸ਼ਨ ਘਣਤਾ 103-104cm-2), ਪੇਚ ਡਿਸਲੋਕੇਸ਼ਨ GaN ਐਪੀਲੇਅਰ ਵਿੱਚ ਫੈਲ ਸਕਦੇ ਹਨ ਅਤੇ ਡਿਵਾਈਸ ਦੀ ਕਾਰਗੁਜ਼ਾਰੀ ਨੂੰ ਘਟਾ ਸਕਦੇ ਹਨ;

✔ ਸਬਸਟਰੇਟ ਸਤਹ 'ਤੇ ਪਰਮਾਣੂ ਪ੍ਰਬੰਧ GaN ਐਪੀਲੇਅਰ ਵਿੱਚ ਸਟੈਕਿੰਗ ਫਾਲਟਸ (BSFs) ਦੇ ਗਠਨ ਨੂੰ ਪ੍ਰੇਰਿਤ ਕਰਦਾ ਹੈ। SiC ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ 'ਤੇ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ GaN ਲਈ, ਸਬਸਟਰੇਟ 'ਤੇ ਕਈ ਸੰਭਾਵਿਤ ਪਰਮਾਣੂ ਪ੍ਰਬੰਧ ਦੇ ਆਦੇਸ਼ ਹੁੰਦੇ ਹਨ, ਜਿਸ ਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਇਸ 'ਤੇ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ GaN ਪਰਤ ਦਾ ਅਸੰਗਤ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ ਪਰਮਾਣੂ ਸਟੈਕਿੰਗ ਆਰਡਰ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਸਟੈਕਿੰਗ ਨੁਕਸ ਦਾ ਸ਼ਿਕਾਰ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਸਟੈਕਿੰਗ ਫਾਲਟਸ (SFs) c-ਧੁਰੇ ਦੇ ਨਾਲ ਬਿਲਟ-ਇਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਫੀਲਡਾਂ ਨੂੰ ਪੇਸ਼ ਕਰਦੇ ਹਨ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਇਨ-ਪਲੇਨ ਕੈਰੀਅਰ ਵਿਭਾਜਨ ਯੰਤਰਾਂ ਦੇ ਲੀਕ ਹੋਣ ਵਰਗੀਆਂ ਸਮੱਸਿਆਵਾਂ ਪੈਦਾ ਹੁੰਦੀਆਂ ਹਨ;

✔ SiC ਸਬਸਟਰੇਟ ਦਾ ਥਰਮਲ ਵਿਸਤਾਰ ਗੁਣਾਂਕ AlN ਅਤੇ GaN ਨਾਲੋਂ ਛੋਟਾ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਕੂਲਿੰਗ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੌਰਾਨ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਅਤੇ ਸਬਸਟਰੇਟ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਥਰਮਲ ਤਣਾਅ ਇਕੱਠਾ ਕਰਨ ਦਾ ਕਾਰਨ ਬਣਦਾ ਹੈ। ਵਾਲਟੇਰੀਟ ਅਤੇ ਬ੍ਰਾਂਡ ਨੇ ਆਪਣੇ ਖੋਜ ਨਤੀਜਿਆਂ ਦੇ ਆਧਾਰ 'ਤੇ ਭਵਿੱਖਬਾਣੀ ਕੀਤੀ ਹੈ ਕਿ ਇਸ ਸਮੱਸਿਆ ਨੂੰ ਪਤਲੀ, ਇਕਸਾਰਤਾ ਨਾਲ ਤਣਾਅ ਵਾਲੀਆਂ ਐਲਐਨ ਨਿਊਕਲੀਏਸ਼ਨ ਲੇਅਰਾਂ 'ਤੇ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਲੇਅਰਾਂ ਨੂੰ ਵਧਾ ਕੇ ਘੱਟ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ ਜਾਂ ਹੱਲ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ;

✔ ਗਾ ਪਰਮਾਣੂਆਂ ਦੀ ਮਾੜੀ ਗਿੱਲੀ ਹੋਣ ਦੀ ਸਮੱਸਿਆ। ਜਦੋਂ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਲੇਅਰਾਂ ਨੂੰ ਸਿੱਧੇ SiC ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ ਵਧਾਇਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ ਦੋ ਪਰਮਾਣੂਆਂ ਵਿਚਕਾਰ ਮਾੜੀ ਗਿੱਲੀ ਹੋਣ ਕਾਰਨ, GaN ਸਬਸਟਰੇਟ ਸਤਹ 'ਤੇ 3D ਟਾਪੂ ਦੇ ਵਾਧੇ ਦਾ ਖ਼ਤਰਾ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। GaN epitaxy ਵਿੱਚ epitaxial ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਗੁਣਵੱਤਾ ਵਿੱਚ ਸੁਧਾਰ ਕਰਨ ਲਈ ਇੱਕ ਬਫਰ ਲੇਅਰ ਨੂੰ ਪੇਸ਼ ਕਰਨਾ ਸਭ ਤੋਂ ਵੱਧ ਵਰਤਿਆ ਜਾਣ ਵਾਲਾ ਹੱਲ ਹੈ। ਇੱਕ AlN ਜਾਂ AlxGa1-xN ਬਫਰ ਲੇਅਰ ਨੂੰ ਪੇਸ਼ ਕਰਨ ਨਾਲ SiC ਸਤਹ ਦੀ ਨਮੀ ਨੂੰ ਪ੍ਰਭਾਵਸ਼ਾਲੀ ਢੰਗ ਨਾਲ ਸੁਧਾਰਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ ਅਤੇ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਨੂੰ ਦੋ ਮਾਪਾਂ ਵਿੱਚ ਵਧਾਇਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਇਹ ਤਣਾਅ ਨੂੰ ਨਿਯੰਤ੍ਰਿਤ ਵੀ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਸਬਸਟਰੇਟ ਨੁਕਸ ਨੂੰ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਤੱਕ ਫੈਲਣ ਤੋਂ ਰੋਕ ਸਕਦਾ ਹੈ;

✔ SiC ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਦੀ ਤਿਆਰੀ ਦੀ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਅਢੁੱਕਵੀਂ ਹੈ, ਸਬਸਟਰੇਟ ਦੀ ਲਾਗਤ ਜ਼ਿਆਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਕੁਝ ਸਪਲਾਇਰ ਹਨ ਅਤੇ ਬਹੁਤ ਘੱਟ ਸਪਲਾਈ ਹੈ।

ਟੋਰੇਸ ਐਟ ਅਲ. ਦੀ ਖੋਜ ਦਰਸਾਉਂਦੀ ਹੈ ਕਿ ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਤੋਂ ਪਹਿਲਾਂ ਉੱਚ ਤਾਪਮਾਨ (1600 ਡਿਗਰੀ ਸੈਲਸੀਅਸ) 'ਤੇ H2 ਦੇ ਨਾਲ SiC ਸਬਸਟਰੇਟ ਨੂੰ ਐਚਿੰਗ ਕਰਨ ਨਾਲ ਸਬਸਟਰੇਟ ਸਤਹ 'ਤੇ ਵਧੇਰੇ ਕ੍ਰਮਬੱਧ ਸਟੈਪ ਬਣਤਰ ਪੈਦਾ ਹੋ ਸਕਦੀ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਇਹ ਸਿੱਧੇ ਹੋਣ ਨਾਲੋਂ ਉੱਚ ਗੁਣਵੱਤਾ ਵਾਲੀ ਐਲਐਨ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਫਿਲਮ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕਰ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਮੂਲ ਘਟਾਓਣਾ ਸਤਹ 'ਤੇ ਵਧਿਆ. ਜ਼ੀ ਅਤੇ ਉਸਦੀ ਟੀਮ ਦੀ ਖੋਜ ਇਹ ਵੀ ਦਰਸਾਉਂਦੀ ਹੈ ਕਿ ਸਿਲਿਕਨ ਕਾਰਬਾਈਡ ਸਬਸਟਰੇਟ ਦੀ ਐਚਿੰਗ ਪ੍ਰੀਟ੍ਰੀਟਮੈਂਟ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਦੀ ਸਤਹ ਰੂਪ ਵਿਗਿਆਨ ਅਤੇ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਗੁਣਵੱਤਾ ਵਿੱਚ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਸੁਧਾਰ ਕਰ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਸਮਿਥ ਐਟ ਅਲ. ਨੇ ਪਾਇਆ ਕਿ ਸਬਸਟਰੇਟ/ਬਫਰ ਲੇਅਰ ਅਤੇ ਬਫਰ ਲੇਅਰ/ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਲੇਅਰ ਇੰਟਰਫੇਸ ਤੋਂ ਪੈਦਾ ਹੋਣ ਵਾਲੇ ਥ੍ਰੈਡਿੰਗ ਡਿਸਲੋਕੇਸ਼ਨ ਸਬਸਟਰੇਟ [5] ਦੀ ਸਮਤਲਤਾ ਨਾਲ ਸਬੰਧਤ ਹਨ।

ਚਿੱਤਰ 4 ਵੱਖ-ਵੱਖ ਸਤਹ ਇਲਾਜ ਹਾਲਤਾਂ (a) ਰਸਾਇਣਕ ਸਫਾਈ ਦੇ ਅਧੀਨ 6H-SiC ਸਬਸਟਰੇਟ (0001) 'ਤੇ ਉਗਾਈ ਗਈ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਦੇ ਨਮੂਨਿਆਂ ਦੀ TEM ਰੂਪ ਵਿਗਿਆਨ; (ਬੀ) ਰਸਾਇਣਕ ਸਫਾਈ + ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਪਲਾਜ਼ਮਾ ਇਲਾਜ; (c) ਰਸਾਇਣਕ ਸਫਾਈ + ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਪਲਾਜ਼ਮਾ ਟ੍ਰੀਟਮੈਂਟ + 1300℃ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਹੀਟ ਟ੍ਰੀਟਮੈਂਟ 30 ਮਿੰਟ ਲਈ

Si 'ਤੇ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀ

ਸਿਲੀਕਾਨ ਕਾਰਬਾਈਡ, ਨੀਲਮ ਅਤੇ ਹੋਰ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਦੀ ਤੁਲਨਾ ਵਿੱਚ, ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਬਸਟਰੇਟ ਤਿਆਰ ਕਰਨ ਦੀ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਪਰਿਪੱਕ ਹੈ, ਅਤੇ ਇਹ ਉੱਚ ਕੀਮਤ ਦੀ ਕਾਰਗੁਜ਼ਾਰੀ ਦੇ ਨਾਲ ਪੱਕੇ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵੱਡੇ ਆਕਾਰ ਦੇ ਸਬਸਟਰੇਟ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕਰ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਉਸੇ ਸਮੇਂ, ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੀਕਲ ਚਾਲਕਤਾ ਚੰਗੀ ਹੈ, ਅਤੇ Si ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਡਿਵਾਈਸ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਪਰਿਪੱਕ ਹੈ. ਭਵਿੱਖ ਵਿੱਚ Si ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਡਿਵਾਈਸਾਂ ਦੇ ਨਾਲ ਆਪਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨਿਕ GaN ਡਿਵਾਈਸਾਂ ਨੂੰ ਪੂਰੀ ਤਰ੍ਹਾਂ ਨਾਲ ਜੋੜਨ ਦੀ ਸੰਭਾਵਨਾ ਵੀ ਸਿਲੀਕਾਨ 'ਤੇ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਦੇ ਵਾਧੇ ਨੂੰ ਬਹੁਤ ਆਕਰਸ਼ਕ ਬਣਾਉਂਦੀ ਹੈ।

ਹਾਲਾਂਕਿ, Si ਸਬਸਟਰੇਟ ਅਤੇ GaN ਸਮੱਗਰੀ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਜਾਲੀ ਸਥਿਰਾਂਕਾਂ ਵਿੱਚ ਵੱਡੇ ਅੰਤਰ ਦੇ ਕਾਰਨ, Si ਸਬਸਟਰੇਟ ਉੱਤੇ GaN ਦਾ ਵਿਪਰੀਤ ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਇੱਕ ਆਮ ਵੱਡੀ ਬੇਮੇਲ ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਹੈ, ਅਤੇ ਇਸਨੂੰ ਕਈ ਸਮੱਸਿਆਵਾਂ ਦਾ ਸਾਹਮਣਾ ਕਰਨ ਦੀ ਵੀ ਲੋੜ ਹੈ:

✔ ਸਰਫੇਸ ਇੰਟਰਫੇਸ ਊਰਜਾ ਸਮੱਸਿਆ। ਜਦੋਂ GaN ਇੱਕ Si ਸਬਸਟਰੇਟ ਉੱਤੇ ਵਧਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ Si ਸਬਸਟਰੇਟ ਦੀ ਸਤ੍ਹਾ ਨੂੰ ਪਹਿਲਾਂ ਇੱਕ ਅਮੋਰਫਸ ਸਿਲੀਕਾਨ ਨਾਈਟ੍ਰਾਈਡ ਪਰਤ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਨਾਈਟ੍ਰਾਈਡ ਕੀਤਾ ਜਾਵੇਗਾ ਜੋ ਉੱਚ-ਘਣਤਾ ਵਾਲੇ GaN ਦੇ ਨਿਊਕਲੀਏਸ਼ਨ ਅਤੇ ਵਿਕਾਸ ਲਈ ਅਨੁਕੂਲ ਨਹੀਂ ਹੈ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, Si ਸਤਹ ਪਹਿਲਾਂ Ga ਨਾਲ ਸੰਪਰਕ ਕਰੇਗੀ, ਜੋ Si ਸਬਸਟਰੇਟ ਦੀ ਸਤ੍ਹਾ ਨੂੰ ਖਰਾਬ ਕਰੇਗੀ। ਉੱਚ ਤਾਪਮਾਨ 'ਤੇ, Si ਸਤਹ ਦਾ ਸੜਨ ਕਾਲੇ ਸਿਲੀਕਾਨ ਧੱਬੇ ਬਣਾਉਣ ਲਈ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਵਿੱਚ ਫੈਲ ਜਾਵੇਗਾ।

✔ GaN ਅਤੇ Si ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਜਾਲੀ ਦਾ ਨਿਰੰਤਰ ਬੇਮੇਲ ਵੱਡਾ (~17%) ਹੈ, ਜੋ ਉੱਚ-ਘਣਤਾ ਵਾਲੇ ਥ੍ਰੈਡਿੰਗ ਡਿਸਲੋਕੇਸ਼ਨਾਂ ਦੇ ਗਠਨ ਵੱਲ ਅਗਵਾਈ ਕਰੇਗਾ ਅਤੇ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਦੀ ਗੁਣਵੱਤਾ ਨੂੰ ਮਹੱਤਵਪੂਰਣ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਘਟਾਏਗਾ;

✔ Si ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ, GaN ਦਾ ਇੱਕ ਵੱਡਾ ਥਰਮਲ ਵਿਸਤਾਰ ਗੁਣਾਂਕ ਹੈ (GaN ਦਾ ਥਰਮਲ ਵਿਸਥਾਰ ਗੁਣਾਂਕ ਲਗਭਗ 5.6×10-6K-1 ਹੈ, Si ਦਾ ਥਰਮਲ ਵਿਸਥਾਰ ਗੁਣਾਂਕ ਲਗਭਗ 2.6×10-6K-1 ਹੈ), ਅਤੇ GaN ਵਿੱਚ ਦਰਾਰਾਂ ਪੈਦਾ ਹੋ ਸਕਦੀਆਂ ਹਨ। epitaxial ਪਰਤ ਕਮਰੇ ਨੂੰ epitaxial ਤਾਪਮਾਨ ਨੂੰ ਠੰਢਾ ਕਰਨ ਦੌਰਾਨ ਤਾਪਮਾਨ;

✔ Si ਪੌਲੀਕ੍ਰਿਸਟਲਾਈਨ SiNx ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਉੱਚ ਤਾਪਮਾਨ 'ਤੇ NH3 ਨਾਲ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਕਰਦਾ ਹੈ। AlN ਪੌਲੀਕ੍ਰਿਸਟਲਾਈਨ SiNx 'ਤੇ ਤਰਜੀਹੀ ਤੌਰ 'ਤੇ ਅਧਾਰਤ ਨਿਊਕਲੀਅਸ ਨਹੀਂ ਬਣਾ ਸਕਦਾ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਬਾਅਦ ਵਿੱਚ ਵਧੀ ਹੋਈ GaN ਪਰਤ ਦੀ ਵਿਗਾੜ ਸਥਿਤੀ ਅਤੇ ਬਹੁਤ ਸਾਰੇ ਨੁਕਸ ਪੈਦਾ ਹੁੰਦੇ ਹਨ, ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਦੀ ਮਾੜੀ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਗੁਣਵੱਤਾ, ਅਤੇ ਇੱਕ ਸਿੰਗਲ-ਕ੍ਰਿਸਟਲਾਈਨ ਬਣਾਉਣ ਵਿੱਚ ਮੁਸ਼ਕਲ ਵੀ ਆਉਂਦੀ ਹੈ। GaN epitaxial ਪਰਤ [6].

ਵੱਡੀ ਜਾਲੀ ਦੇ ਬੇਮੇਲ ਦੀ ਸਮੱਸਿਆ ਨੂੰ ਹੱਲ ਕਰਨ ਲਈ, ਖੋਜਕਰਤਾਵਾਂ ਨੇ Si ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ 'ਤੇ ਬਫਰ ਪਰਤਾਂ ਦੇ ਤੌਰ 'ਤੇ AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO, ਅਤੇ SiC ਵਰਗੀਆਂ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਨੂੰ ਪੇਸ਼ ਕਰਨ ਦੀ ਕੋਸ਼ਿਸ਼ ਕੀਤੀ ਹੈ। ਪੌਲੀਕ੍ਰਿਸਟਲਾਈਨ SiNx ਦੇ ਗਠਨ ਤੋਂ ਬਚਣ ਅਤੇ GaN/AlN/Si (111) ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਦੀ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਗੁਣਵੱਤਾ 'ਤੇ ਇਸਦੇ ਮਾੜੇ ਪ੍ਰਭਾਵਾਂ ਨੂੰ ਘਟਾਉਣ ਲਈ, TML ਨੂੰ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ AlN ਬਫਰ ਪਰਤ ਦੇ ਐਪੀਟੈਕਸੀਲ ਵਿਕਾਸ ਤੋਂ ਪਹਿਲਾਂ ਇੱਕ ਨਿਸ਼ਚਿਤ ਸਮੇਂ ਲਈ ਪੇਸ਼ ਕਰਨ ਦੀ ਲੋੜ ਹੁੰਦੀ ਹੈ। NH3 ਨੂੰ SiNx ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਬਾਹਰੀ Si ਸਤਹ ਨਾਲ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ ਕਰਨ ਤੋਂ ਰੋਕਣ ਲਈ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਟੈਕਨਾਲੋਜੀ ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਪੈਟਰਨਡ ਸਬਸਟਰੇਟ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਦੀ ਗੁਣਵੱਤਾ ਨੂੰ ਬਿਹਤਰ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਕੀਤੀ ਜਾ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਇਹਨਾਂ ਤਕਨਾਲੋਜੀਆਂ ਦਾ ਵਿਕਾਸ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਇੰਟਰਫੇਸ 'ਤੇ SiNx ਦੇ ਗਠਨ ਨੂੰ ਰੋਕਣ, GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਦੇ ਦੋ-ਅਯਾਮੀ ਵਿਕਾਸ ਨੂੰ ਉਤਸ਼ਾਹਿਤ ਕਰਨ, ਅਤੇ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਦੀ ਵਿਕਾਸ ਗੁਣਵੱਤਾ ਵਿੱਚ ਸੁਧਾਰ ਕਰਨ ਵਿੱਚ ਮਦਦ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਸਿਲਿਕਨ ਸਬਸਟਰੇਟ 'ਤੇ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਵਿਚ ਦਰਾੜਾਂ ਤੋਂ ਬਚਣ ਲਈ ਥਰਮਲ ਵਿਸਤਾਰ ਗੁਣਾਂਕ ਵਿਚ ਅੰਤਰ ਦੇ ਕਾਰਨ ਤਣਾਅਪੂਰਨ ਤਣਾਅ ਦੀ ਪੂਰਤੀ ਲਈ ਇੱਕ AlN ਬਫਰ ਪਰਤ ਪੇਸ਼ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ। ਕ੍ਰੋਸਟ ਦੀ ਖੋਜ ਦਰਸਾਉਂਦੀ ਹੈ ਕਿ AlN ਬਫਰ ਪਰਤ ਦੀ ਮੋਟਾਈ ਅਤੇ ਤਣਾਅ ਵਿੱਚ ਕਮੀ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਇੱਕ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਸਬੰਧ ਹੈ। ਜਦੋਂ ਬਫਰ ਪਰਤ ਦੀ ਮੋਟਾਈ 12nm ਤੱਕ ਪਹੁੰਚ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਤਾਂ 6μm ਤੋਂ ਵੱਧ ਮੋਟੀ ਇੱਕ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਨੂੰ epitaxial ਲੇਅਰ ਕ੍ਰੈਕਿੰਗ ਦੇ ਬਿਨਾਂ ਇੱਕ ਢੁਕਵੀਂ ਵਿਕਾਸ ਯੋਜਨਾ ਦੁਆਰਾ ਇੱਕ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਬਸਟਰੇਟ 'ਤੇ ਉਗਾਇਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ।

ਖੋਜਕਰਤਾਵਾਂ ਦੁਆਰਾ ਲੰਬੇ ਸਮੇਂ ਦੇ ਯਤਨਾਂ ਤੋਂ ਬਾਅਦ, ਸਿਲਿਕਨ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ 'ਤੇ ਉਗਾਈਆਂ ਗਈਆਂ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤਾਂ ਦੀ ਗੁਣਵੱਤਾ ਵਿੱਚ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਸੁਧਾਰ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਹੈ, ਅਤੇ ਫੀਲਡ ਇਫੈਕਟ ਟਰਾਂਜ਼ਿਸਟਰ, ਸਕੌਟਕੀ ਬੈਰੀਅਰ ਅਲਟਰਾਵਾਇਲਟ ਡਿਟੈਕਟਰ, ਨੀਲੇ-ਹਰੇ LEDs ਅਤੇ ਅਲਟਰਾਵਾਇਲਟ ਲੇਜ਼ਰਾਂ ਵਰਗੇ ਉਪਕਰਣਾਂ ਨੇ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਤਰੱਕੀ ਕੀਤੀ ਹੈ।

ਸੰਖੇਪ ਵਿੱਚ, ਕਿਉਂਕਿ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਰਤੇ ਜਾਣ ਵਾਲੇ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਸਬਸਟਰੇਟਸ ਸਾਰੇ ਵਿਪਰੀਤ ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਹਨ, ਉਹ ਸਾਰੀਆਂ ਆਮ ਸਮੱਸਿਆਵਾਂ ਦਾ ਸਾਹਮਣਾ ਕਰਦੇ ਹਨ ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਜਾਲੀ ਦੀ ਬੇਮੇਲਤਾ ਅਤੇ ਥਰਮਲ ਵਿਸਤਾਰ ਗੁਣਾਂਕ ਵਿੱਚ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਡਿਗਰੀਆਂ ਵਿੱਚ ਵੱਡੇ ਅੰਤਰ। ਸਮਰੂਪ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ GaN ਸਬਸਟਰੇਟਸ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਦੀ ਪਰਿਪੱਕਤਾ ਦੁਆਰਾ ਸੀਮਿਤ ਹਨ, ਅਤੇ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਦਾ ਅਜੇ ਤੱਕ ਵੱਡੇ ਪੱਧਰ 'ਤੇ ਉਤਪਾਦਨ ਨਹੀਂ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਹੈ। ਉਤਪਾਦਨ ਦੀ ਲਾਗਤ ਵੱਧ ਹੈ, ਘਟਾਓਣਾ ਦਾ ਆਕਾਰ ਛੋਟਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਘਟਾਓਣਾ ਗੁਣਵੱਤਾ ਆਦਰਸ਼ ਨਹੀ ਹੈ. ਨਵੇਂ GaN epitaxial substrates ਦਾ ਵਿਕਾਸ ਅਤੇ epitaxial ਗੁਣਵੱਤਾ ਵਿੱਚ ਸੁਧਾਰ ਅਜੇ ਵੀ ਇੱਕ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਕਾਰਕ ਹਨ ਜੋ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਉਦਯੋਗ ਦੇ ਹੋਰ ਵਿਕਾਸ ਨੂੰ ਰੋਕਦਾ ਹੈ।

IV. GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਲਈ ਆਮ ਤਰੀਕੇ

MOCVD (ਰਸਾਇਣਕ ਭਾਫ਼ ਜਮ੍ਹਾ)

ਅਜਿਹਾ ਲਗਦਾ ਹੈ ਕਿ GaN ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ 'ਤੇ ਸਮਰੂਪ ਐਪੀਟੈਕਸੀ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਲਈ ਸਭ ਤੋਂ ਵਧੀਆ ਵਿਕਲਪ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਕਿਉਂਕਿ ਰਸਾਇਣਕ ਭਾਫ਼ ਜਮ੍ਹਾ ਹੋਣ ਦੇ ਪੂਰਵਗਾਮੀ ਟ੍ਰਾਈਮੇਥਾਈਲਗੈਲਿਅਮ ਅਤੇ ਅਮੋਨੀਆ ਹਨ, ਅਤੇ ਕੈਰੀਅਰ ਗੈਸ ਹਾਈਡਰੋਜਨ ਹੈ, ਆਮ MOCVD ਵਾਧਾ ਤਾਪਮਾਨ ਲਗਭਗ 1000-1100℃ ਹੈ, ਅਤੇ MOCVD ਦੀ ਵਿਕਾਸ ਦਰ ਲਗਭਗ ਕੁਝ ਮਾਈਕਰੋਨ ਪ੍ਰਤੀ ਘੰਟਾ ਹੈ। ਇਹ ਪਰਮਾਣੂ ਪੱਧਰ 'ਤੇ ਸਟੀਪ ਇੰਟਰਫੇਸ ਪੈਦਾ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਵਧ ਰਹੇ ਹੇਟਰੋਜੰਕਸ਼ਨ, ਕੁਆਂਟਮ ਖੂਹ, ਸੁਪਰਲੈਟੀਸ ਅਤੇ ਹੋਰ ਬਣਤਰਾਂ ਲਈ ਬਹੁਤ ਢੁਕਵਾਂ ਹੈ। ਇਸਦੀ ਤੇਜ਼ ਵਿਕਾਸ ਦਰ, ਚੰਗੀ ਇਕਸਾਰਤਾ, ਅਤੇ ਵੱਡੇ-ਖੇਤਰ ਅਤੇ ਬਹੁ-ਪੀਸ ਵਾਧੇ ਲਈ ਅਨੁਕੂਲਤਾ ਅਕਸਰ ਉਦਯੋਗਿਕ ਉਤਪਾਦਨ ਵਿੱਚ ਵਰਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ।
MBE (ਮੌਲੀਕਿਊਲਰ ਬੀਮ ਐਪੀਟੈਕਸੀ)
ਮੌਲੀਕਿਊਲਰ ਬੀਮ ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਵਿੱਚ, ਗਾ ਇੱਕ ਤੱਤ ਸਰੋਤ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਸਰਗਰਮ ਨਾਈਟ੍ਰੋਜਨ ਨਾਈਟ੍ਰੋਜਨ ਤੋਂ RF ਪਲਾਜ਼ਮਾ ਦੁਆਰਾ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। MOCVD ਵਿਧੀ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ, MBE ਵਿਕਾਸ ਤਾਪਮਾਨ ਲਗਭਗ 350-400℃ ਘੱਟ ਹੈ। ਘੱਟ ਵਾਧੇ ਦਾ ਤਾਪਮਾਨ ਉੱਚ ਤਾਪਮਾਨ ਵਾਲੇ ਵਾਤਾਵਰਨ ਕਾਰਨ ਹੋਣ ਵਾਲੇ ਕੁਝ ਪ੍ਰਦੂਸ਼ਣ ਤੋਂ ਬਚ ਸਕਦਾ ਹੈ। MBE ਸਿਸਟਮ ਅਲਟਰਾ-ਹਾਈ ਵੈਕਿਊਮ ਦੇ ਅਧੀਨ ਕੰਮ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਇਸਨੂੰ ਹੋਰ ਇਨ-ਸੀਟੂ ਖੋਜ ਵਿਧੀਆਂ ਨੂੰ ਏਕੀਕ੍ਰਿਤ ਕਰਨ ਦੀ ਇਜਾਜ਼ਤ ਦਿੰਦਾ ਹੈ। ਉਸੇ ਸਮੇਂ, ਇਸਦੀ ਵਿਕਾਸ ਦਰ ਅਤੇ ਉਤਪਾਦਨ ਸਮਰੱਥਾ ਦੀ MOCVD ਨਾਲ ਤੁਲਨਾ ਨਹੀਂ ਕੀਤੀ ਜਾ ਸਕਦੀ, ਅਤੇ ਇਹ ਵਿਗਿਆਨਕ ਖੋਜ ਵਿੱਚ ਵਧੇਰੇ ਵਰਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ [7]।

ਚਿੱਤਰ 5 (a) Eiko-MBE ਯੋਜਨਾਬੱਧ (b) MBE ਮੁੱਖ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਚੈਂਬਰ ਯੋਜਨਾਬੱਧ

HVPE ਵਿਧੀ (ਹਾਈਡਰਾਈਡ ਵਾਸ਼ਪ ਪੜਾਅ ਐਪੀਟੈਕਸੀ)

ਹਾਈਡ੍ਰਾਈਡ ਵਾਸ਼ਪ ਪੜਾਅ ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਵਿਧੀ ਦੇ ਪੂਰਵਜ GaCl3 ਅਤੇ NH3 ਹਨ। Detchprohm et al. ਇੱਕ ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟ ਦੀ ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ ਸੈਂਕੜੇ ਮਾਈਕ੍ਰੋਨ ਮੋਟੀ ਇੱਕ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣ ਲਈ ਇਸ ਵਿਧੀ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ ਗਈ ਹੈ। ਉਹਨਾਂ ਦੇ ਪ੍ਰਯੋਗ ਵਿੱਚ, ZnO ਦੀ ਇੱਕ ਪਰਤ ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟ ਅਤੇ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਇੱਕ ਬਫਰ ਪਰਤ ਦੇ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਉਗਾਈ ਗਈ ਸੀ, ਅਤੇ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਨੂੰ ਸਬਸਟਰੇਟ ਸਤਹ ਤੋਂ ਛਿੱਲ ਦਿੱਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। MOCVD ਅਤੇ MBE ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ, HVPE ਵਿਧੀ ਦੀ ਮੁੱਖ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾ ਇਸਦੀ ਉੱਚ ਵਿਕਾਸ ਦਰ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਮੋਟੀਆਂ ਪਰਤਾਂ ਅਤੇ ਬਲਕ ਸਮੱਗਰੀ ਦੇ ਉਤਪਾਦਨ ਲਈ ਢੁਕਵੀਂ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਜਦੋਂ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਦੀ ਮੋਟਾਈ 20μm ਤੋਂ ਵੱਧ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਤਾਂ ਇਸ ਵਿਧੀ ਦੁਆਰਾ ਪੈਦਾ ਕੀਤੀ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਚੀਰ ਦਾ ਸ਼ਿਕਾਰ ਹੁੰਦੀ ਹੈ।
ਅਕੀਰਾ USUI ਨੇ ਇਸ ਵਿਧੀ ਦੇ ਆਧਾਰ 'ਤੇ ਪੈਟਰਨਡ ਸਬਸਟਰੇਟ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਪੇਸ਼ ਕੀਤੀ। ਉਹਨਾਂ ਨੇ ਪਹਿਲਾਂ MOCVD ਵਿਧੀ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦੇ ਹੋਏ ਇੱਕ ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟ ਉੱਤੇ ਇੱਕ ਪਤਲੀ 1-1.5μm ਮੋਟੀ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਨੂੰ ਵਧਾਇਆ। ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਵਿੱਚ ਇੱਕ 20nm ਮੋਟੀ GaN ਬਫਰ ਪਰਤ ਹੁੰਦੀ ਹੈ ਜੋ ਘੱਟ ਤਾਪਮਾਨ ਦੀਆਂ ਸਥਿਤੀਆਂ ਵਿੱਚ ਉਗਾਈ ਜਾਂਦੀ ਹੈ ਅਤੇ ਇੱਕ GaN ਪਰਤ ਉੱਚ ਤਾਪਮਾਨ ਦੀਆਂ ਸਥਿਤੀਆਂ ਵਿੱਚ ਉਗਾਈ ਜਾਂਦੀ ਹੈ। ਫਿਰ, 430℃ 'ਤੇ, SiO2 ਦੀ ਇੱਕ ਪਰਤ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਦੀ ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ ਪਲੇਟ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ, ਅਤੇ ਫੋਟੋਲਿਥੋਗ੍ਰਾਫੀ ਦੁਆਰਾ SiO2 ਫਿਲਮ 'ਤੇ ਵਿੰਡੋ ਸਟ੍ਰਿਪ ਬਣਾਏ ਗਏ ਸਨ। ਸਟ੍ਰਿਪ ਸਪੇਸਿੰਗ 7μm ਸੀ ਅਤੇ ਮਾਸਕ ਦੀ ਚੌੜਾਈ 1μm ਤੋਂ 4μm ਤੱਕ ਸੀ। ਇਸ ਸੁਧਾਰ ਤੋਂ ਬਾਅਦ, ਉਹਨਾਂ ਨੇ 2-ਇੰਚ ਵਿਆਸ ਦੇ ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟ 'ਤੇ ਇੱਕ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੀ ਜੋ ਦਰਾੜ-ਮੁਕਤ ਅਤੇ ਸ਼ੀਸ਼ੇ ਵਾਂਗ ਨਿਰਵਿਘਨ ਸੀ ਭਾਵੇਂ ਮੋਟਾਈ ਦਸਾਂ ਜਾਂ ਸੈਂਕੜੇ ਮਾਈਕਰੋਨ ਤੱਕ ਵਧ ਗਈ ਹੋਵੇ। ਨੁਕਸ ਦੀ ਘਣਤਾ ਰਵਾਇਤੀ HVPE ਵਿਧੀ ਦੇ 109-1010cm-2 ਤੋਂ ਘਟਾ ਕੇ ਲਗਭਗ 6×107cm-2 ਕਰ ਦਿੱਤੀ ਗਈ ਸੀ। ਉਹਨਾਂ ਨੇ ਪ੍ਰਯੋਗ ਵਿੱਚ ਇਹ ਵੀ ਇਸ਼ਾਰਾ ਕੀਤਾ ਕਿ ਜਦੋਂ ਵਿਕਾਸ ਦਰ 75μm/h ਤੋਂ ਵੱਧ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਤਾਂ ਨਮੂਨਾ ਸਤਹ ਮੋਟਾ ਹੋ ਜਾਂਦਾ ਹੈ[8]।

ਚਿੱਤਰ 6 ਗ੍ਰਾਫਿਕਲ ਸਬਸਟਰੇਟ ਯੋਜਨਾਬੱਧ

V. ਸੰਖੇਪ ਅਤੇ ਆਉਟਲੁੱਕ

GaN ਸਮੱਗਰੀ 2014 ਵਿੱਚ ਉਭਰਨੀ ਸ਼ੁਰੂ ਹੋਈ ਜਦੋਂ ਨੀਲੀ ਰੋਸ਼ਨੀ LED ਨੇ ਉਸ ਸਾਲ ਭੌਤਿਕ ਵਿਗਿਆਨ ਵਿੱਚ ਨੋਬਲ ਪੁਰਸਕਾਰ ਜਿੱਤਿਆ, ਅਤੇ ਖਪਤਕਾਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨਿਕਸ ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ ਫਾਸਟ ਚਾਰਜਿੰਗ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਦੇ ਜਨਤਕ ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ ਦਾਖਲ ਹੋਇਆ। ਵਾਸਤਵ ਵਿੱਚ, 5G ਬੇਸ ਸਟੇਸ਼ਨਾਂ ਵਿੱਚ ਵਰਤੇ ਜਾਣ ਵਾਲੇ ਪਾਵਰ ਐਂਪਲੀਫਾਇਰ ਅਤੇ RF ਡਿਵਾਈਸਾਂ ਵਿੱਚ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਜੋ ਜ਼ਿਆਦਾਤਰ ਲੋਕ ਨਹੀਂ ਦੇਖ ਸਕਦੇ ਹਨ, ਉਹ ਵੀ ਚੁੱਪਚਾਪ ਉਭਰੀਆਂ ਹਨ। ਹਾਲ ਹੀ ਦੇ ਸਾਲਾਂ ਵਿੱਚ, GaN- ਅਧਾਰਤ ਆਟੋਮੋਟਿਵ-ਗਰੇਡ ਪਾਵਰ ਡਿਵਾਈਸਾਂ ਦੀ ਸਫਲਤਾ ਤੋਂ GaN ਸਮੱਗਰੀ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨ ਮਾਰਕੀਟ ਲਈ ਨਵੇਂ ਵਿਕਾਸ ਬਿੰਦੂ ਖੋਲ੍ਹਣ ਦੀ ਉਮੀਦ ਹੈ।
ਬਜ਼ਾਰ ਦੀ ਵੱਡੀ ਮੰਗ ਯਕੀਨੀ ਤੌਰ 'ਤੇ GaN-ਸਬੰਧਤ ਉਦਯੋਗਾਂ ਅਤੇ ਤਕਨਾਲੋਜੀਆਂ ਦੇ ਵਿਕਾਸ ਨੂੰ ਉਤਸ਼ਾਹਿਤ ਕਰੇਗੀ। GaN-ਸਬੰਧਤ ਉਦਯੋਗਿਕ ਲੜੀ ਦੀ ਪਰਿਪੱਕਤਾ ਅਤੇ ਸੁਧਾਰ ਦੇ ਨਾਲ, ਮੌਜੂਦਾ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਦੁਆਰਾ ਦਰਪੇਸ਼ ਸਮੱਸਿਆਵਾਂ ਨੂੰ ਅੰਤ ਵਿੱਚ ਸੁਧਾਰਿਆ ਜਾਂ ਦੂਰ ਕੀਤਾ ਜਾਵੇਗਾ। ਭਵਿੱਖ ਵਿੱਚ, ਲੋਕ ਨਿਸ਼ਚਤ ਤੌਰ 'ਤੇ ਹੋਰ ਨਵੀਆਂ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਤਕਨਾਲੋਜੀਆਂ ਅਤੇ ਹੋਰ ਸ਼ਾਨਦਾਰ ਸਬਸਟਰੇਟ ਵਿਕਲਪਾਂ ਦਾ ਵਿਕਾਸ ਕਰਨਗੇ। ਉਦੋਂ ਤੱਕ, ਲੋਕ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨ ਦ੍ਰਿਸ਼ਾਂ ਦੀਆਂ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂ ਦੇ ਅਨੁਸਾਰ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨ ਦ੍ਰਿਸ਼ਾਂ ਲਈ ਸਭ ਤੋਂ ਢੁਕਵੀਂ ਬਾਹਰੀ ਖੋਜ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਅਤੇ ਸਬਸਟਰੇਟ ਦੀ ਚੋਣ ਕਰਨ ਦੇ ਯੋਗ ਹੋਣਗੇ, ਅਤੇ ਸਭ ਤੋਂ ਵੱਧ ਪ੍ਰਤੀਯੋਗੀ ਅਨੁਕੂਲਿਤ ਉਤਪਾਦ ਤਿਆਰ ਕਰਨਗੇ।