ٽيون نسل سيمي ڪنڊڪٽر GaN ۽ لاڳاپيل ايپيٽڪسيل ٽيڪنالاجي جو مختصر تعارف

1. ٽيون نسل سيمي ڪنڊڪٽرز

پهرين نسل جي سيمي ڪنڊڪٽر ٽيڪنالاجي کي سيمي ڪنڊڪٽر مواد جي بنياد تي ترقي ڪئي وئي جهڙوڪ سي ۽ جي. اهو transistors ۽ integrated سرڪٽ ٽيڪنالاجي جي ترقي لاء مادي بنياد آهي. پهرين نسل جي سيمي ڪنڊڪٽر مواد 20 صدي ۾ اليڪٽرانڪ صنعت جو بنياد رکيو ۽ انٽيگريٽيڊ سرڪٽ ٽيڪنالاجي لاءِ بنيادي مواد آهن.

ٻئين نسل جي سيمي ڪنڊڪٽر مواد ۾ خاص طور تي گيليم آرسنائيڊ، انڊيم فاسفائيڊ، گيليم فاسفائيڊ، انڊيم آرسنائيڊ، ايلومينيم آرسنائيڊ ۽ انهن جا ٽينري مرڪب شامل آهن. ٻئي نسل جي سيمي ڪنڊڪٽر مواد آپٽو اليڪٽرانڪ انفارميشن انڊسٽري جو بنياد آهن. انهي بنياد تي، لاڳاپيل صنعتون جهڙوڪ روشني، ڊسپلي، ليزر، ۽ فوٽو وولٽيڪس ٺاهيا ويا آهن. اهي وڏي پيماني تي معاصر معلومات ٽيڪنالاجي ۽ optoelectronic ڊسپلي صنعتن ۾ استعمال ٿيندا آهن.

ٽين نسل جي سيمي ڪنڊڪٽر مواد جي نمائندگي ڪندڙ مواد شامل آهن گيليم نائٽرائڊ ۽ سلکان ڪاربائڊ. انهن جي وسيع بينڊ گپ جي ڪري، اعلي اليڪٽران سنترپشن جي رفتار، تيز حرارتي چالکائي، ۽ تيز ڀڃڪڙي فيلڊ جي طاقت، اهي اعلي طاقت جي کثافت، اعلي تعدد، ۽ گهٽ نقصان واري اليڪٽرانڪ ڊوائيسز تيار ڪرڻ لاء مثالي مواد آهن. انهن مان، سلکان ڪاربائيڊ پاور ڊوائيسز ۾ اعلي توانائي جي کثافت، گهٽ توانائي جي واپرائڻ، ۽ ننڍي سائيز جا فائدا آهن، ۽ نئين توانائي گاڏين، فوٽو وولٽيڪس، ريل ٽرانسپورٽ، وڏي ڊيٽا، ۽ ٻين شعبن ۾ وسيع ايپليڪيشن جا امڪان آهن. Gallium nitride RF ڊوائيسز ۾ اعلي تعدد، اعلي طاقت، وسيع بينڊوڊٿ، گھٽ پاور واپرائڻ ۽ ننڍڙي سائيز جا فائدا آھن، ۽ 5G ڪميونيڪيشن، انٽرنيٽ آف تھنگز، فوجي ريڊار ۽ ٻين شعبن ۾ وسيع ايپليڪيشن جا امڪان آھن. ان کان سواء، گيليم نائٽرائڊ تي ٻڌل پاور ڊوائيسز وڏي پيماني تي استعمال ڪيا ويا آهن گهٽ وولٹیج فيلڊ ۾. ان کان علاوه، تازن سالن ۾، اڀرندڙ گيليم آڪسائيڊ مواد کي موجوده SiC ۽ GaN ٽيڪنالاجيز سان ٽيڪنيڪل مڪمل ڪرڻ جي اميد رکي ٿي، ۽ گھٽ فريکوئنسي ۽ اعلي وولٹیج جي شعبن ۾ امڪاني ايپليڪيشن جا امڪان آهن.

ٻئين نسل جي سيمي ڪنڊڪٽر مواد جي مقابلي ۾، ٽئين نسل جي سيمي ڪنڊڪٽر مواد ۾ وسيع بينڊ گيپ ويڊٿ (Si جي بينڊ گيپ ويڊٿ، پھرين نسل جي سيمي ڪنڊڪٽر مواد جو ھڪڙو عام مواد، اٽڪل 1.1eV آھي، GaAs جي بينڊ گيپ جي ويڪر، ھڪ عام ٻئي نسل جي سيمي ڪنڊڪٽر مواد جو مواد، بابت آهي 1.42eV، ۽ GaN جي بينڊ گيپ جي چوٽي، ٽين نسل جي سيمي ڪنڊڪٽر مواد جو ھڪڙو عام مواد، 2.3eV کان مٿي آھي)، مضبوط تابڪاري جي مزاحمت، برقي فيلڊ جي خراب ٿيڻ جي مضبوط مزاحمت، ۽ اعلي درجه حرارت جي مزاحمت. ٽين نسل جي سيمي ڪنڊڪٽر مواد وسيع بينڊ گيپ جي چوٽي سان خاص طور تي موزون آهن تابڪاري جي مزاحمتي، اعلي تعدد، اعلي طاقت ۽ اعلي انضمام-کثافت برقي ڊوائيسز جي پيداوار لاء. مائڪرو ويڪرو ريڊيو فريڪوئنسي ڊوائيسز، LEDs، ليزر، پاور ڊوائيسز ۽ ٻين شعبن ۾ انهن جي ايپليڪيشنن تمام گهڻو ڌيان ڇڪايو آهي، ۽ انهن موبائيل ڪميونيڪيشن، سمارٽ گرڊز، ريل ٽرانزٽ، نيو انرجي گاڏيون، ڪنزيومر اليڪٽرونڪس، الٽراوائلٽ ۽ بليو ۾ وسيع ترقي جا امڪان ڏيکاريا آهن. -سبز لائيٽ ڊوائيسز [1].

تصويري جو ذريعو: CASA، Zheshang Securities Research Institute

شڪل 1 GaN پاور ڊيوائس ٽائيم اسڪيل ۽ اڳڪٿي

II GaN مادي ساخت ۽ خاصيتون

GaN هڪ سڌي بينڊ گيپ سيمڪوڊڪٽر آهي. ڪمري جي حرارت تي وارزائٽ جي جوڙجڪ جي بينڊ گيپ جي ويڪر اٽڪل 3.26eV آهي. GaN مواد جا ٽي مکيه ڪرسٽل ڍانچي آهن، يعني Wurtzite structure، sphalerite structure ۽ Rock salt structure. انھن مان، wurtzite جوڙجڪ سڀ کان وڌيڪ مستحڪم ڪرسٽل جوڙجڪ آهي. شڪل 2 GaN جي hexagonal wurtzite ساخت جو هڪ خاڪو آهي. GaN مواد جي wurtzite ساخت هڪ hexagonal بند-packed جوڙجڪ سان تعلق رکي ٿو. هر يونٽ سيل ۾ 12 ايٽم آهن، جن ۾ 6 N ايٽم ۽ 6 Ga ايٽم شامل آهن. هر Ga (N) ايٽم 4 ويجھي N (Ga) ايٽمس سان هڪ بانڊ ٺاهي ٿو ۽ ABABAB جي ترتيب سان اسٽيڪ ٿيل آهي ... [0001] طرف [2].

شڪل 2 Wurtzite ساخت GaN کرسٽل سيل ڊاگرام

III عام طور تي استعمال ٿيل ذيلي ذخيرا GaN epitaxy لاءِ

اهو لڳي ٿو ته GaN substrates تي هڪجهڙائي واري ايپيٽڪسي GaN ايپيٽڪسي لاءِ بهترين انتخاب آهي. بهرحال، GaN جي وڏي بانڊ توانائي جي ڪري، جڏهن درجه حرارت 2500 ℃ جي پگھلڻ واري نقطي تي پهچي ٿو، ان جي لاڳاپيل ٺهڪندڙ دٻاء تقريبا 4.5GPa آهي. جڏهن سڙڻ جو دٻاءُ هن دٻاءُ کان گهٽ هوندو آهي، ته GaN ڳري نه ٿو پر سڌو سنئون ڳري ٿو. اهو پختو ذيلي ذخيرو تيار ڪرڻ واري ٽيڪنالاجيز جهڙوڪ Czochralski طريقو GaN سنگل ڪرسٽل سبسٽريٽس جي تياري لاءِ نا مناسب بڻائي ٿو، GaN ذيلي ذيلي ذخيري کي وڏي پئماني تي پيدا ڪرڻ ڏکيو ۽ قيمتي بڻائي ٿو. تنهن ڪري، عام طور تي استعمال ٿيندڙ ذيلي ذخيري GaN epitaxial واڌ ۾ خاص طور تي سي، سي سي، سيفائر، وغيره آهن [3].

چارٽ 3 GaN ۽ عام طور تي استعمال ٿيل سبسٽريٽ مواد جا پيرا ميٽر

سيفائر تي GaN epitaxy

نيلم ۾ مستحڪم ڪيميائي ملڪيت آهي، سستو آهي، ۽ وڏي پيماني تي پيداوار جي صنعت جي اعلي پختگي آهي. تنهن ڪري، اهو سڀ کان قديم ۽ سڀ کان وڏي پيماني تي استعمال ٿيندڙ مواد مان هڪ بڻجي ويو آهي سيمي ڪنڊڪٽر ڊوائيس انجنيئرنگ ۾. GaN epitaxy لاءِ عام طور تي استعمال ٿيندڙ ذيلي ذيلي ذخيرن مان ھڪڙو، بنيادي مسئلا جيڪي حل ڪرڻ جي ضرورت آھي سيفائر سبسٽرن لاءِ آھن:

✔ sapphire (Al2O3) ۽ GaN (اٽڪل 15٪) جي وچ ۾ وڏي لٽيس بي ميلاپ جي ڪري، epitaxial پرت ۽ سبسٽريٽ جي وچ ۾ انٽرفيس تي خرابي جي کثافت تمام گهڻي آهي. ان جي ناڪاري اثرن کي گھٽائڻ لاءِ، epitaxy عمل شروع ٿيڻ کان اڳ ذيلي ذخيري کي پيچيده علاج جي تابع ٿيڻ گھرجي. sapphire substrates تي GaN epitaxy وڌڻ کان اڳ، ذيلي ذخيري جي مٿاڇري کي پھريائين سختي سان صاف ڪيو وڃي ته جيئن آلودگي کي ختم ڪري، رهجي ويل پالش ڪرڻ واري نقصان، وغيره، ۽ قدمن ۽ مٿاڇري جي جوڙجڪ پيدا ڪرڻ لاءِ. ان کان پوء، substrate مٿاڇري epitaxial پرت جي wetting خاصيتن کي تبديل ڪرڻ لاء nitrided آهي. آخرڪار، هڪ پتلي AlN بفر پرت (عام طور تي 10-100nm ٿلهي) کي ذيلي سطح تي جمع ڪرڻ جي ضرورت آهي ۽ آخري epitaxial ترقي لاء تيار ڪرڻ لاء گهٽ درجه حرارت تي اينيل ڪيو وڃي. تنهن هوندي به، sapphire substrates تي اڀري GaN epitaxial فلمن ۾ dislocation density اڃا به وڌيڪ آهي homoepitaxial فلمن کان (اٽڪل 1010cm-2، ان جي مقابلي ۾ بنيادي طور تي صفر dislocation density in silicon homoepitaxial films or gallium arsenide homoepitaxial 1,0cm 1,0cm, 2). اعلي خرابي جي کثافت ڪيريئر جي متحرڪ کي گھٽائي ٿي، ان ڪري اقليتي ڪيريئر جي زندگي کي گھٽائڻ ۽ حرارتي چالکائي کي گھٽائڻ، جيڪي سڀئي ڊوائيس ڪارڪردگي کي گھٽائي ڇڏيندو [4]؛

✔ sapphire جي حرارتي توسيع جي گنجائش GaN جي ڀيٽ ۾ وڌيڪ آهي، ان ڪري biaxial compressive stress epitaxial layer ۾ پيدا ٿيندو جڏهن ته جمع جي درجه حرارت کان ڪمري جي گرمي تائين ٿڌي عمل دوران. ٿلهي epitaxial فلمن لاءِ، هي دٻاءُ فلم يا حتي ذيلي ذخيري کي ٽوڙڻ جو سبب بڻجي سگهي ٿو.

✔ ٻين ذيلي ذيلي ذخيري جي مقابلي ۾، سيفائر سبسٽراٽس جي حرارتي چالکائي گھٽ آھي (اٽڪل 0.25W*cm-1*K-1 100℃ تي)، ۽ گرمي جي گھٽتائي جي ڪارڪردگي خراب آھي؛

✔ ان جي خراب چالکائي جي ڪري، سيفائر سبسٽراٽس انهن جي انضمام ۽ ٻين سيمي ڪنڊڪٽر ڊوائيسز سان لاڳو ڪرڻ لاء سازگار نه آهن.

جيتوڻيڪ sapphire substrates تي اڀري GaN epitaxial تہن جي خرابي جي کثافت وڌيڪ آھي، پر اھو ڏسڻ ۾ نٿو اچي ته GAN-based blue-green LEDs جي optoelectronic ڪارڪردگيءَ کي خاص طور گھٽائي ٿو، تنھنڪري sapphire substrates اڃا تائين عام طور تي GaN-based LEDs لاءِ استعمال ٿيل ذيلي ذخيرا آھن.

GAN ڊوائيسز جي وڌيڪ نئين ايپليڪيشنن جي ترقي سان، جهڙوڪ ليزر يا ٻيون اعلي کثافت پاور ڊوائيسز، سيفائر ذيلي ذيلي ذخيري جي موروثي خرابين تي تيزيء سان انهن جي ايپليڪيشن تي هڪ حد بڻجي وئي آهي. ان کان علاوه، سي سي سبسٽريٽ جي ترقي جي ٽيڪنالاجي جي ترقي سان، قيمت جي گھٽتائي ۽ Si substrates تي GaN epitaxial ٽيڪنالاجي جي پختگي، sapphire substrates تي GaN epitaxial تہن کي وڌائڻ تي وڌيڪ تحقيق، بتدريج ھڪڙو ٿڌو رجحان ڏيکاريو آھي.

GAN epitaxy SiC تي

sapphire جي مقابلي ۾، SiC ذيلي ذخيري (4H- ۽ 6H-ڪرسٽل) GaN epitaxial تہن سان گڏ ننڍا لٽيس بي ميل آھن (3.1٪، برابر [0001] اورينٽيڊ epitaxial فلمن جي برابر)، اعلي حرارتي چالکائي (اٽڪل 3.8W*cm-1*K -1)، وغيره. ان کان علاوه، سي سي سبسٽراٽس جي چالکائي پڻ اجازت ڏئي ٿي اليڪٽرڪ رابطا جيڪي سبسٽريٽ جي پٺي تي ڪيا وڃن، جيڪي ڊوائيس جي جوڙجڪ کي آسان ڪرڻ ۾ مدد ڪن ٿيون. انهن فائدن جي موجودگي سلکان ڪاربائڊ سبسٽراٽس تي GaN ايپيٽڪسي تي ڪم ڪرڻ لاءِ وڌيڪ ۽ وڌيڪ محققن کي راغب ڪيو آهي.

جڏهن ته، GaN ايپيليئرز کي وڌائڻ کان بچڻ لاءِ سڌو سنئون سي سي سبسٽرن تي ڪم ڪرڻ سان پڻ نقصانن جي هڪ سلسلي کي منهن ڏيڻو پوي ٿو، جنهن ۾ هيٺيان شامل آهن:

✔ SiC ذيلي ذخيري جي مٿاڇري جي خرابي sapphire substrates کان تمام گھڻي آھي (sapphire roughness 0.1nm RMS، SiC roughness 1nm RMS)، SiC ذيلي ذھن ۾ اعلي سختي ۽ خراب پروسيسنگ ڪارڪردگي آھي، ۽ ھي خرابي ۽ بقايا پالش ڪرڻ جو نقصان پڻ ھڪڙو آھي. GaN ايپيليرز ۾ خرابين جا ذريعا.

✔ سي سي سبسٽراٽس جي اسڪرو ڊسلوڪشن ڊينسٽي اعليٰ آھي (ڊسلوڪيشن ڊينسٽي 103-104cm-2)، اسڪرو ڊسلوڪشن ٿي سگھي ٿو GaN ايپيليئر تائين پروپيگنڊا ٿي سگھي ٿو ۽ ڊوائيس جي ڪارڪردگي کي گھٽائي سگھي ٿو؛

✔ سبسٽريٽ جي مٿاڇري تي ايٽمي ترتيب GaN ايپيليئر ۾ اسٽيڪنگ فالٽس (BSFs) جي ٺهڻ کي متاثر ڪري ٿو. epitaxial GaN لاءِ SiC substrates تي، ذيلي ذخيري تي ڪيترائي ممڪن ايٽمي ترتيب جا آرڊر آھن، جنھن جي نتيجي ۾ ان تي موجود epitaxial GaN جي پرت جي غير مطابقت واري شروعاتي ايٽمي اسٽيڪنگ آرڊر، جيڪا اسٽيڪنگ جي غلطين جو شڪار آھي. اسٽيڪنگ فالٽس (SFs) سي-محور سان گڏ بلٽ ان اليڪٽرڪ فيلڊز متعارف ڪرايون ٿا، جيڪي مسئلا پيدا ڪن ٿا جهڙوڪ جهاز ۾ ڪيريئر سيپريشن ڊيوائسز جي ليڪيج؛

✔ SiC سبسٽريٽ جو حرارتي توسيع ڪوفيشيٽ AlN ۽ GaN کان ننڍو هوندو آهي، جيڪو کولنگ جي عمل دوران epitaxial پرت ۽ substrate جي وچ ۾ حرارتي دٻاءُ جي جمع ٿيڻ جو سبب بڻجي ٿو. والٽريٽ ۽ برانڊ انهن جي تحقيق جي نتيجن جي بنياد تي پيش گوئي ڪئي ته هن مسئلي کي گھٽائي سگهجي ٿو يا حل ڪري سگهجي ٿو GaN epitaxial تہن تي پتلي، متحرڪ طور تي تنگ ٿيل AlN نيوڪليشن تہن تي؛

✔ گي ايٽمز جي خراب گندگي جو مسئلو. جڏهن GaN epitaxial تہه سڌو سنئون SiC مٿاڇري تي وڌندا آهن، ٻن ايٽمن جي وچ ۾ خراب ويٽيبلٽي جي ڪري، GaN ذيلي سطح تي 3D ٻيٽ جي واڌ جو شڪار آهي. هڪ بفر پرت متعارف ڪرائڻ سڀ کان عام استعمال ٿيل حل آهي epitaxial مواد جي معيار کي بهتر ڪرڻ لاءِ GaN epitaxy. هڪ AlN يا AlxGa1-xN بفر پرت متعارف ڪرائڻ سان سي سي جي مٿاڇري جي نمي جي صلاحيت کي بهتر بڻائي سگهجي ٿو ۽ GaN ايپيٽيڪسيل پرت کي ٻن طول و عرض ۾ وڌايو وڃي. ان کان علاوه، اهو پڻ دٻاء کي ضابطو ڪري سگهي ٿو ۽ ذيلي ذخيري جي خرابين کي GaN epitaxy تائين وڌائڻ کان روڪي سگھي ٿو.

✔ SiC ذيلي ذخيري جي تياري جي ٽيڪنالاجي نابالغ آھي، ذيلي ذخيرو جي قيمت وڌيڪ آھي، ۽ ڪجھ سپلائر آھن ۽ ٿورڙي سپلائي.

Torres et al. جي تحقيق ڏيکاري ٿي ته epitaxy کان اڳ اعلي درجه حرارت (1600 ° C) تي H2 سان SiC سبسٽريٽ کي ڇڪڻ سان سبسٽريٽ جي مٿاڇري تي وڌيڪ ترتيب واري اسٽيپ ڍانچي پيدا ٿي سگهي ٿي، ان ڪري هڪ اعلي معيار جي AlN epitaxial فلم حاصل ڪري ٿي جڏهن اهو سڌو آهي. اصل substrate جي مٿاڇري تي وڌي. Xie ۽ سندس ٽيم جي تحقيق پڻ ڏيکاري ٿي ته سلڪون ڪاربائڊ سبسٽريٽ جي ايچنگ اڳڀرائي کي خاص طور تي بهتر ڪري سگهي ٿو سطح جي مورفولوجي ۽ ڪرسٽل معيار کي GaN epitaxial پرت جي. سمٿ وغيره. ڏٺائين ته ٿريڊنگ ڊسلوڪشنز جيڪي سبسٽريٽ/بفر پرت ۽ بفر پرت/ايپيٽيڪسيل پرت جي انٽرفيس مان نڪرنديون آهن انهن جو تعلق ذيلي ذخيري جي برابري سان آهي [5].

شڪل 4 6H-SiC سبسٽريٽ (0001) تي مختلف سطحن جي علاج جي حالتن هيٺ وڌايل GaN epitaxial پرت جي نمونن جي TEM مورفولوجي (a) ڪيميائي صفائي؛ (b) ڪيميائي صفائي + هائيڊروجن پلازما علاج؛ (c) ڪيميائي صفائي + هائيڊروجن پلازما علاج + 1300 ℃ هائيڊروجن گرمي علاج 30 منٽ لاءِ

GaN epitaxy on Si

Silicon carbide، sapphire ۽ ٻين substrates سان مقابلي ۾، silicon substrate جي تياري جي عمل بالغ آهي، ۽ ان کي stably اعلي قيمت ڪارڪردگي سان بالغ وڏي-سائيز substrates مهيا ڪري سگهو ٿا. ساڳئي وقت، حرارتي چالکائي ۽ برقي چالکائي سٺي آهي، ۽ سي اليڪٽرانڪ ڊوائيس جو عمل پختو آهي. Optoelectronic GaN ڊوائيسز کي مستقبل ۾ Si اليڪٽرڪ ڊوائيسز سان مڪمل طور تي ضم ڪرڻ جو امڪان پڻ سلکان تي GaN ايپيٽيڪسي جي ترقي کي تمام پرڪشش بڻائي ٿو.

تنهن هوندي به، Si substrate ۽ GaN مواد جي وچ ۾ لاٽڪس مستقل ۾ وڏي فرق جي ڪري، Si substrate تي GaN جي heterogeneous epitaxy هڪ عام وڏي بي ميل ايپيٽڪسي آهي، ۽ ان کي پڻ مسئلن جي هڪ سلسلي کي منهن ڏيڻ جي ضرورت آهي:

✔ سطح انٽرفيس توانائي جو مسئلو. جڏهن GaN هڪ Si substrate تي وڌندو آهي، Si substrate جي مٿاڇري کي پهريون ڀيرو نائٽرائڊ ڪيو ويندو ته جيئن هڪ بيڪار سلڪون نائٽرائڊ پرت ٺاهي سگهجي جيڪا اعلي کثافت GaN جي نيوڪليشن ۽ واڌ لاءِ سازگار ناهي. ان کان علاوه، سي جي مٿاڇري تي پهريون ڀيرو Ga سان رابطو ڪندو، جيڪو Si substrate جي مٿاڇري کي خراب ڪندو. تيز گرمي پد تي، سي جي مٿاڇري جي خراب ٿيڻ GaN epitaxial پرت ۾ ڦهلجي ويندي جيڪا ڪارا سلڪون اسپاٽ ٺاهيندي.

✔ GaN ۽ Si جي وچ ۾ لاٽيس مسلسل بي ميل وڏي (~ 17٪) آهي، جيڪا اعلي کثافت واري ٿريڊنگ جي ٺهڻ جي سبب بڻجندي ۽ خاص طور تي epitaxial پرت جي معيار کي گهٽائيندي؛

✔ Si جي مقابلي ۾، GaN وٽ وڏو تھرمل توسيع ڪوئفيشيٽ آھي (GaN جو تھرمل توسيع ڪوئفيشٽ اٽڪل 5.6×10-6K-1 آھي، Si جو تھرمل توسيع ڪوئفيسيٽ اٽڪل 2.6×10-6K-1 آھي)، ۽ GaN ۾ شگاف پيدا ٿي سگھي ٿو. epitaxial پرت ڪمري ۾ epitaxial گرمي پد جي ٿڌي دوران گرمي پد

✔ Si NH3 سان تيز درجه حرارت تي رد عمل ڪري پولي ڪرسٽل لائن SiNx ٺاهي ٿو. AlN پولي ڪرسٽل لائن SiNx تي ترجيحي طور تي مبني نيوڪيئس نه ٿو ٺھي سگھي، جنھن جي نتيجي ۾ بعد ۾ وڌيل GaN پرت جي بي ترتيبي ۽ گھڻي تعداد ۾ نقص پيدا ٿين ٿا، جنھن جي نتيجي ۾ GaN epitaxial پرت جي خراب ڪرسٽل معيار ۽ سنگل کرسٽل لائن ٺاھڻ ۾ پڻ ڏکيائي ٿئي ٿي. GaN epitaxial پرت [6].

وڏي لٽيس جي ميلاپ جي مسئلي کي حل ڪرڻ لاءِ، محققن ڪوشش ڪئي آهي ته مواد متعارف ڪرايون جيئن AlAs، GaAs، AlN، GaN، ZnO، ۽ SiC کي بفر ليئر طور Si substrates تي. Polycrystalline SiNx جي ٺهڻ کان بچڻ ۽ GaN/AlN/Si (111) مواد جي ڪرسٽل معيار تي ان جي خراب اثرن کي گھٽائڻ لاءِ، TMAL کي عام طور تي AlN بفر پرت جي epitaxial واڌ کان اڳ هڪ خاص وقت لاءِ متعارف ڪرائڻ جي ضرورت پوندي آهي. NH3 کي سي اينڪس ٺاهڻ لاءِ بي نقاب سي جي مٿاڇري سان رد عمل ڪرڻ کان روڪڻ لاءِ. ان کان علاوه، epitaxial ٽيڪنالاجيون جهڙوڪ نمونن واري سبسٽٽ ٽيڪنالاجي استعمال ڪري سگھجن ٿيون epitaxial پرت جي معيار کي بهتر ڪرڻ لاء. انهن ٽيڪنالاجي جي ترقي ۾ مدد ڪري ٿي epitaxial انٽرفيس تي SiNx جي ٺهڻ کي روڪڻ، GaN epitaxial پرت جي ٻه طرفي واڌ کي وڌائڻ، ۽ epitaxial پرت جي ترقي جي معيار کي بهتر بنائڻ ۾ مدد ڪري ٿي. ان کان علاوه، هڪ AlN بفر پرت متعارف ڪرايو ويو آهي ٽينسل دٻاء جي معاوضي لاءِ جيڪو حرارتي توسيع جي کوٽائي ۾ فرق جي ڪري پيدا ٿئي ٿو ته جيئن سلڪون سبسٽريٽ تي GaN ايپيٽيڪسيل پرت ۾ شگاف کان بچڻ لاءِ. ڪرسٽ جي تحقيق ڏيکاري ٿي ته AlN بفر پرت جي ٿلهي ۽ دٻاء ۾ گهٽتائي جي وچ ۾ هڪ مثبت تعلق آهي. جڏهن بفر پرت جي ٿلهي 12nm تائين پهچي ٿي، هڪ epitaxial پرت 6μm کان وڌيڪ ٿلهي آهي، هڪ مناسب ترقي واري منصوبي ذريعي سلڪون سبسٽريٽ تي epitaxial پرت جي ڀڃڪڙي کان سواء پوکي سگهجي ٿو.

محققن جي ڊگهي مدي واري ڪوششن کان پوءِ، سلڪون سبسٽراٽس تي اڀرندڙ GaN epitaxial تہن جي معيار کي تمام گهڻو بهتر ڪيو ويو آهي، ۽ ڊوائيسز جهڙوڪ فيلڊ اثر ٽرانسسٽر، Schottky barrier ultraviolet detectors، blue-green LEDs ۽ ultraviolet lasers اهم ترقي ڪئي آهي.

خلاصو، جيئن ته عام طور تي استعمال ٿيل GaN epitaxial substrates سڀ heterogeneous epitaxy آهن، انهن سڀني کي عام مسئلن کي منهن ڏيڻو پوي ٿو جهڙوڪ لٽيس جي ميلاپ ۽ مختلف درجي تائين حرارتي توسيع جي کوٽائي ۾ وڏا فرق. Homogeneous epitaxial GaN ذيلي ذخيرا ٽيڪنالاجي جي پختگي جي ڪري محدود آهن، ۽ ذيلي ذخيرا اڃا تائين وڏي پيماني تي پيدا نه ڪيا ويا آهن. پيداوار جي قيمت اعلي آهي، substrate سائيز ننڍو آهي، ۽ substrate معيار مثالي نه آهي. نئين GaN epitaxial substrates جي ترقي ۽ epitaxial معيار جي سڌاري اڃا تائين ھڪڙو اھم عنصر آھن جيڪي GaN epitaxial صنعت جي وڌيڪ ترقي کي محدود ڪن ٿا.

IV. GaN epitaxy لاء عام طريقا

MOCVD (ڪيميائي وانپ جمع)

اهو لڳي ٿو ته GaN substrates تي هڪجهڙائي واري ايپيٽڪسي GaN ايپيٽڪسي لاءِ بهترين انتخاب آهي. تنهن هوندي به، جيئن ته ڪيميائي وانپ جي جمع ٿيڻ جا اڳوڻا ٽرميٿيلگاليئم ۽ امونيا آهن، ۽ ڪيريئر گيس هائيڊروجن آهي، عام طور تي MOCVD جي واڌ جي درجه حرارت 1000-1100 ℃ آهي، ۽ MOCVD جي واڌ جي شرح اٽڪل ڪجهه مائڪرون في ڪلاڪ آهي. اهو ايٽمي سطح تي اسٽيپ انٽرفيس پيدا ڪري سگهي ٿو، جيڪو وڌندڙ هيٽروجنڪشن، ڪوانٽم ويلز، سپرلٽيسس ۽ ٻين اڏاوتن لاءِ بلڪل موزون آهي. ان جي تيز ترقي جي شرح، سٺي هڪجهڙائي، ۽ وڏي ايراضيءَ لاءِ موزونيت ۽ گھڻن ٽڪرن جي ترقي اڪثر صنعتي پيداوار ۾ استعمال ٿينديون آهن.
MBE (ماليڪيولر بيم ايپيٽيڪسي)
ماليڪيولر بيم ايپيٽڪسي ۾، گا هڪ عنصري ذريعو استعمال ڪري ٿو، ۽ فعال نائٽروجن نائيٽروجن مان آر ايف پلازما ذريعي حاصل ڪيو ويندو آهي. MOCVD طريقي جي مقابلي ۾، ايم بي اي جي واڌ جي درجه حرارت اٽڪل 350-400 ℃ گھٽ آھي. گھٽ واڌ جي درجه حرارت ڪجهه خاص آلودگي کان بچائي سگھي ٿو جيڪا شايد تيز گرمي جي ماحول جي ڪري ٿي سگھي ٿي. ايم بي اي سسٽم الٽرا هاء ويڪيوم جي تحت هلندي آهي، جيڪا ان کي اجازت ڏئي ٿي ته وڌيڪ اندر اندر ڳولڻ جي طريقن کي ضم ڪرڻ. ساڳئي وقت، ان جي ترقي جي شرح ۽ پيداوار جي صلاحيت MOCVD سان مقابلو نه ٿو ڪري سگهجي، ۽ اهو سائنسي تحقيق ۾ وڌيڪ استعمال ٿيندو آهي [7].

شڪل 5 (a) Eiko-MBE اسڪيميٽڪ (b) MBE مکيه رد عمل چيمبر اسڪيمي

ايڇ وي پي اي جو طريقو (هائيڊڊ ويپر فيز ايپيٽيڪسي)

هائيڊروڊ وانپ فيز ايپيٽڪسي طريقي جا اڳوڻا GaCl3 ۽ NH3 آهن. Detchprohm et al. هن طريقي کي استعمال ڪيو ويو هڪ GaN epitaxial پرت کي وڌائڻ لاءِ سوين مائڪرون ٿلهي هڪ sapphire substrate جي مٿاڇري تي. انهن جي تجربي ۾، ZnO جي هڪ پرت sapphire substrate ۽ epitaxial پرت جي وچ ۾ هڪ بفر پرت جي طور تي وڌايو ويو، ۽ epitaxial پرت کي ذيلي سطح جي سطح کان ڇڪايو ويو. MOCVD ۽ MBE جي مقابلي ۾، HVPE طريقي جي مکيه خصوصيت ان جي اعلي ترقي جي شرح آهي، جيڪا ٿلهي پرت ۽ بلڪ مواد جي پيداوار لاء مناسب آهي. بهرحال، جڏهن epitaxial پرت جي ٿلهي 20μm کان وڌي وڃي ٿي، ته هن طريقي سان پيدا ٿيندڙ epitaxial پرت ۾ شگاف ٿيڻ جو امڪان آهي.
Akira USUI هن طريقي جي بنياد تي نمونياتي سبسٽٽ ٽيڪنالاجي متعارف ڪرايو. انهن پهريون ڀيرو هڪ پتلي 1-1.5μm ٿلهي GaN epitaxial پرت کي MOCVD طريقي سان استعمال ڪندي نيلم سبسٽريٽ تي وڌو. epitaxial پرت هڪ 20nm ٿلهي GaN بفر پرت تي مشتمل هوندي آهي جيڪا گهٽ درجه حرارت جي حالتن هيٺ وڌي ويندي آهي ۽ هڪ GaN پرت تيز گرمي پد جي حالتن هيٺ وڌي ويندي آهي. ان کان پوء، 430 ℃ تي، SiO2 جي هڪ پرت کي epitaxial پرت جي مٿاڇري تي پليٽ ڪيو ويو، ۽ ونڊو پٽيون فوٽوولوگرافي ذريعي SiO2 فلم تي ٺاهيا ويا. پٽي جي فاصلي 7μm هئي ۽ ماسڪ جي ويڪر 1μm کان 4μm تائين هئي. هن سڌاري کان پوءِ، هنن 2 انچ قطر جي سيفائر سبسٽريٽ تي هڪ GaN epitaxial پرت حاصل ڪئي جيڪا ڪڪڙ کان پاڪ ۽ آئيني جيتري هموار هئي جڏهن ته ٿلهي ڏهه يا سوين مائڪرن تائين به وڌي وئي. عيب جي کثافت روايتي HVPE طريقي جي 109-1010cm-2 کان گهٽجي 6×107cm-2 تائين ٿي وئي. انهن تجربن ۾ اهو پڻ اشارو ڪيو ته جڏهن واڌ جي شرح 75μm/h کان وڌي ويندي هئي، نموني جي سطح خراب ٿي ويندي هئي [8].

شڪل 6 گرافڪ سبسٽريٽ اسڪيميٽڪ

V. خلاصو ۽ Outlook

GaN مواد 2014 ۾ اڀرڻ شروع ڪيو جڏهن نيري روشني LED انهي سال فزڪس ۾ نوبل انعام کٽيو، ۽ صارفين جي اليڪٽرانڪس فيلڊ ۾ تيز چارج ايپليڪيشنن جي عوام جي فيلڊ ۾ داخل ٿيو. حقيقت ۾، 5G بيس اسٽيشنن ۾ استعمال ٿيندڙ پاور ايمپليفائرز ۽ آر ايف ڊيوائسز ۾ ايپليڪيشنون جيڪي اڪثر ماڻهو نه ڏسي سگهندا آهن اهي به خاموشي سان سامهون آيا آهن. تازن سالن ۾، GaN تي ٻڌل آٽوميٽڪ-گريڊ پاور ڊوائيسز جي پيش رفت جي توقع ڪئي وئي آهي ته نئين ترقي جي پوائنٽن کي کولڻ لاء GaN مواد ايپليڪيشن مارڪيٽ.
وڏي مارڪيٽ جي طلب ضرور GaN سان لاڳاپيل صنعتن ۽ ٽيڪنالاجي جي ترقي کي فروغ ڏيندو. GaN سان لاڳاپيل صنعتي زنجير جي پختگي ۽ سڌاري سان، موجوده GaN epitaxial ٽيڪنالاجي کي درپيش مسئلا آخرڪار بهتر ٿي ويندا يا ختم ٿي ويندا. مستقبل ۾، ماڻهو ضرور وڌيڪ نئين ايپيٽيڪسيل ٽيڪنالاجيون ۽ وڌيڪ شاندار سبسٽٽ آپشنز ٺاهي سگهندا. ان وقت تائين، ماڻهو سڀ کان وڌيڪ مناسب خارجي تحقيقي ٽيڪنالاجي چونڊڻ جي قابل هوندا ۽ ايپليڪيشن منظرنامن جي خاصيتن جي مطابق مختلف ايپليڪيشن منظرنامي لاءِ ذيلي ذريعا، ۽ سڀ کان وڌيڪ مقابلي واري ڪسٽمائيز مصنوعات پيدا ڪري سگهندا.