ئۈچىنچى ئەۋلاد يېرىم ئۆتكۈزگۈچ GaN ۋە مۇناسىۋەتلىك Epitaxial تېخنىكىسى قىسقىچە تونۇشتۇرۇش

1. ئۈچىنچى ئەۋلاد يېرىم ئۆتكۈزگۈچ

بىرىنچى ئەۋلاد يېرىم ئۆتكۈزگۈچ تېخنىكىسى Si ۋە Ge قاتارلىق يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ماتېرىياللارنى ئاساس قىلىپ ياسالغان. ئۇ ترانسېنىتسور ۋە توپلاشتۇرۇلغان توك يولى تېخنىكىسىنى تەرەققىي قىلدۇرۇشنىڭ ماددىي ئاساسى. بىرىنچى ئەۋلاد يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ماتېرىياللىرى 20-ئەسىردە ئېلېكترون سانائىتىگە ئاساس سالغان بولۇپ ، توپلاشتۇرۇلغان توك يولى تېخنىكىسىنىڭ ئاساسى ماتېرىيالى.

ئىككىنچى ئەۋلاد يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ماتېرىياللىرى ئاساسلىقى گاللىي ئارسېند ، ئىندىي فوسفات ، گال فوسفات ، ئىندىي ئارسېند ، ئاليۇمىن ئارسېند ۋە ئۇلارنىڭ ئۈچىنچىسى بىرىكمىلىرىنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ. ئىككىنچى ئەۋلاد يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ماتېرىياللىرى ئوپتىكىلىق ئېلېكترونلۇق ئۇچۇر كەسپىنىڭ ئاساسى. مۇشۇ ئاساستا يورۇتۇش ، كۆرسىتىش ، لازېر نۇر ۋە يورۇقلۇق ۋولت قاتارلىق مۇناسىۋەتلىك كەسىپلەر تەرەققىي قىلدى. ئۇلار زامانىۋى ئۇچۇر تېخنىكىسى ۋە ئوپتىكىلىق ئېلېكترونلۇق كۆرسىتىش كەسپىدە كەڭ قوللىنىلىدۇ.

ئۈچىنچى ئەۋلاد يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ماتېرىياللىرىنىڭ ۋەكىللىك ماتېرىياللىرى گاللىي نىترىد ۋە كرېمنىي كاربوننى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ. كەڭ بەلۋاغ پەرقى ، ئېلېكتروننىڭ تويۇنۇش سۈرئىتىنىڭ تېزلىكى ، يۇقىرى ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى ۋە پارچىلىنىش مەيدانىنىڭ كۈچلۈكلىكى سەۋەبىدىن ، ئۇلار يۇقىرى قۇۋۋەت زىچلىقى ، يۇقىرى چاستوتىلىق ۋە تۆۋەن زىيانلىق ئېلېكترونلۇق ئۈسكۈنىلەرنى تەييارلاشتىكى كۆڭۈلدىكىدەك ماتېرىيال ھېسابلىنىدۇ. بۇنىڭ ئىچىدە ، كرېمنىيلىق كاربون ئېلېكتر ئۈسكۈنىلىرىنىڭ ئېنېرگىيە زىچلىقى يۇقىرى ، ئېنېرگىيە سەرپىياتى تۆۋەن ۋە ھەجىمى كىچىك بولۇشتەك ئەۋزەللىكى بار ، يېڭى ئېنېرگىيە ماشىنىسى ، يورۇقلۇق ۋولت ، تۆمۈر يول تىرانسپورتى ، چوڭ سانلىق مەلۇمات ۋە باشقا ساھەلەردە قوللىنىش ئىستىقبالى كەڭ. گاللىي نىترىد RF ئۈسكۈنىلىرىنىڭ يۇقىرى چاستوتىلىق ، يۇقىرى قۇۋۋەتلىك ، كەڭ بەلۋاغ كەڭلىكى ، تۆۋەن توك سەرپىياتى ۋە كىچىكلىكى قاتارلىق ئەۋزەللىكلىرى بار ، 5G خەۋەرلىشىش ، نەرسە تورى ، ھەربىي رادار ۋە باشقا ساھەلەردە قوللىنىش ئىستىقبالى كەڭ. ئۇنىڭدىن باشقا ، تۆۋەن بېسىملىق ساھەدە گاللىي نىترىدنى ئاساس قىلغان ئېلېكتر ئۈسكۈنىلىرى كەڭ كۆلەمدە ئىشلىتىلگەن. بۇنىڭدىن باشقا ، يېقىنقى يىللاردىن بۇيان ، يېڭىدىن گۈللىنىۋاتقان گال ئوكسىد ماتېرىيالى ھازىرقى SiC ۋە GaN تېخنىكىسى بىلەن تېخنىكىلىق تولۇقلاشنى شەكىللەندۈرۈپ ، تۆۋەن چاستوتىلىق ۋە يۇقىرى بېسىملىق ساھەدە قوللىنىش ئېھتىماللىقى بار.

ئىككىنچى ئەۋلاد يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ماتېرىياللىرىغا سېلىشتۇرغاندا ، ئۈچىنچى ئەۋلاد يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ماتېرىياللارنىڭ كەڭ بەلۋاغ كەڭلىكى بار (بىرىنچى ئەۋلاد يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ماتېرىيالنىڭ تىپىك ماتېرىيالى Si نىڭ كەڭ بەلۋاغ كەڭلىكى تەخمىنەن 1.1eV ، GaAs نىڭ كەڭ بەلۋاغ كەڭلىكى ، تىپىك) ئىككىنچى ئەۋلاد يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ماتېرىيالنىڭ ماتېرىيالى تەخمىنەن 1.42eV ئەتراپىدا ، ئۈچىنچى ئەۋلاد يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ماتېرىيالنىڭ تىپىك ماتېرىيالى بولغان GaN نىڭ بەلۋاغ كەڭلىكى يۇقىرىدا. 2.3eV) ، كۈچلۈك رادىئاتسىيەگە قارشى تۇرۇش كۈچى ، ئېلېكتر مەيدانىنىڭ بۇزۇلۇشىغا قارشى تۇرۇش كۈچى ۋە يۇقىرى تېمپېراتۇرىغا چىداملىق. كەڭ بەلۋاغ كەڭلىكى بىلەن ئۈچىنچى ئەۋلاد يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ماتېرىياللار رادىئاتسىيەگە چىداملىق ، يۇقىرى چاستوتىلىق ، يۇقىرى قۇۋۋەتلىك ۋە يۇقىرى بىرىكتۈرۈلگەن زىچلىقتىكى ئېلېكترونلۇق ئۈسكۈنىلەرنى ئىشلەپچىقىرىشقا ئالاھىدە ماس كېلىدۇ. ئۇلارنىڭ مىكرو دولقۇنلۇق رادىئو چاستوتا ئۈسكۈنىسى ، LED ، لازېر ، ئېلېكتر ئۈسكۈنىلىرى ۋە باشقا ساھەلەردىكى قوللىنىلىشى كىشىلەرنىڭ دىققىتىنى قوزغىدى ، ئۇلار كۆچمە خەۋەرلىشىش ، ئەقلىي ئىقتىدارلىق تور ، تۆمۈر يول تىرانسپورتى ، يېڭى ئېنېرگىيە ماشىنىسى ، ئىستېمال ئېلېكترون مەھسۇلاتلىرى ، ئۇلترا بىنەپشە ۋە كۆك قاتارلىقلاردا كەڭ تەرەققىيات ئىستىقبالىنى نامايان قىلدى. - يېشىل نۇر ئۈسكۈنىلىرى [1].

رەسىم مەنبەسى: CASA ، جېشاڭ ئاكسىيە تەتقىقات ئورنى

رەسىم 1 GaN توك ئۈسكۈنىسىنىڭ ۋاقىت ئۆلچىمى ۋە مۆلچەرى

II GaN ماتېرىيال قۇرۇلمىسى ۋە ئالاھىدىلىكى

GaN بىۋاسىتە بەلۋاغ يېرىم ئۆتكۈزگۈچ. ئۆي تېمپېراتۇرىسىدىكى wurtzite قۇرۇلمىسىنىڭ بەلۋاغ كەڭلىكى تەخمىنەن 3.26eV. GaN ماتېرىياللىرىنىڭ ئاساسلىق ئۈچ خرۇستال قۇرۇلمىسى بار ، ئۇلار ۋورتىزېت قۇرۇلمىسى ، سپالېرېت قۇرۇلمىسى ۋە تاش تۇز قۇرۇلمىسى. بۇنىڭ ئىچىدە ، ۋورتىز قۇرۇلمىسى ئەڭ تۇراقلىق كىرىستال قۇرۇلما. 2-رەسىم GaN نىڭ ئالتە تەرەپلىك ۋورتىز قۇرۇلمىسىنىڭ دىئاگراممىسى. GaN ماتېرىيالىنىڭ ۋورتىز قۇرۇلمىسى ئالتە تەرەپلىك يېقىن ئورالغان قۇرۇلمىغا تەۋە. ھەر بىر بىرلىك ھۈجەيرىسىدە 12 ئاتوم بار ، بۇنىڭ ئىچىدە 6 N ئاتوم ۋە 6 گا ئاتوم بار. ھەر بىر Ga (N) ئاتوم ئەڭ يېقىن 4 (N) ئاتوم بىلەن باغلىنىش ھاسىل قىلىدۇ ھەمدە ABABAB تەرتىپى بويىچە [0001] يۆنىلىشى بويىچە تىزىلغان [2].

2-رەسىم Wurtzite قۇرۇلمىسى GaN كىرىستال ھۈجەيرە دىئاگراممىسى

III GaN epitaxy ئۈچۈن كۆپ ئىشلىتىلىدىغان تارماق بالا

قارىغاندا ، GaN تارماق ئېغىزىدىكى ئوخشاش جىنىسلىق يۇقۇملىنىش GaN يۇقۇملىنىشنىڭ ئەڭ ياخشى تاللىشى. قانداقلا بولمىسۇن ، GaN نىڭ زور زايوم ئېنېرگىيىسى سەۋەبىدىن ، تېمپېراتۇرا 2500 of ئېرىتىش نۇقتىسىغا يەتكەندە ، ئۇنىڭ پارچىلىنىش بېسىمى تەخمىنەن 4.5GPa ئەتراپىدا. پارچىلىنىش بېسىمى بۇ بېسىمدىن تۆۋەن بولغاندا ، GaN ئېرىمەيدۇ ، ئەمما بىۋاسىتە پارچىلىنىدۇ. بۇ Czochralski ئۇسۇلىغا ئوخشاش پىشقان تارماق بالا تەييارلاش تېخنىكىسىنى GaN يەككە خرۇستال ئاستى مېيى تەييارلاشقا ماس كەلمەيدۇ ، بۇنىڭ بىلەن GaN تارماق ئېلېمېنتلىرىنى تۈركۈملەپ ئىشلەپچىقىرىش تەس ۋە قىممەت بولىدۇ. شۇڭلاشقا ، GaN ئېپىتاكسىيىلىك ئۆسۈشىدە كۆپ ئىشلىتىلىدىغان تارماق ئېلېمېنتلار ئاساسلىقى Si ، SiC ، كۆك ياقۇت قاتارلىقلاردۇر [3].

3-جەدۋەل GaN ۋە كۆپ ئىشلىتىلىدىغان تارماق ماتېرىياللارنىڭ پارامېتىرلىرى

كۆك ياقۇتتىكى GaN epitaxy

كۆك ياقۇتنىڭ مۇقىم خىمىيىلىك خۇسۇسىيىتى بار ، ئەرزان ، ھەمدە چوڭ تىپتىكى ئىشلەپچىقىرىش كەسپىنىڭ پىشىپ يېتىلىشى يۇقىرى. شۇڭلاشقا ، ئۇ يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ئۈسكۈنىسى قۇرۇلۇشىدىكى ئەڭ بالدۇر ۋە كەڭ قوللىنىلغان تارماق ماتېرىياللارنىڭ بىرىگە ئايلاندى. GaN epitaxy ئۈچۈن كۆپ ئىشلىتىلىدىغان تارماق ئېلېمېنتلارنىڭ بىرى بولۇش سۈپىتى بىلەن ، كۆك ياقۇت ئاستى بېزى ئۈچۈن ھەل قىلىشقا تېگىشلىك ئاساسلىق مەسىلىلەر:

كۆك ياقۇت (Al2O3) بىلەن GaN (تەخمىنەن% 15) ئارىسىدىكى رېشاتكىنىڭ ماس كەلمەسلىكى سەۋەبىدىن ، تۇتقاقلىق قەۋىتى بىلەن يەر ئاستى قەۋىتى ئوتتۇرىسىدىكى كۆرۈنۈشتىكى كەمتۈك زىچلىق ئىنتايىن يۇقىرى. ئۇنىڭ پايدىسىز تەسىرىنى ئازايتىش ئۈچۈن ، بالا ھەمراھىنى تۇتقاقلىق جەريانى باشلىنىشتىن بۇرۇن چوقۇم مۇرەككەپ ئالدىن ئويلىنىش كېرەك. كۆك ياقۇتنىڭ ئاستى قىسمىدا GaN تارقىلىشچانلىقىنى ئاشۇرۇشتىن بۇرۇن ، ئالدى بىلەن يەر ئاستى يۈزىنى قاتتىق تازىلاپ ، بۇلغانمىلارنى يوقىتىش ، قالدۇق سىلىقلاش زىيىنى قاتارلىقلارنى يوقىتىش ھەمدە قەدەم ۋە قەدەم يۈزى قۇرۇلمىسىنى ھاسىل قىلىش كېرەك. ئاندىن كېيىن ، يەر ئاستى يۈزى نىترىدلىنىپ ، ئېپىتاك قەۋىتىنىڭ ھۆللۈك خۇسۇسىيىتىنى ئۆزگەرتىدۇ. ئاخىرىدا ، نېپىز AlN بۇففېر قەۋىتى (ئادەتتە 10-100nm قېلىنلىقتا) يەر ئاستى يۈزىگە قويۇپ ، تۆۋەن تېمپېراتۇرىدا ئۇلاپ ، ئاخىرقى تۇتقاقلىق ئۆسۈشىگە تەييارلىق قىلىش كېرەك. شۇنداق بولسىمۇ ، كۆك ياقۇتنىڭ ئاستى بېزىدە ئۆستۈرۈلگەن GaN ئېپتاكسىمان كىنولارنىڭ يۆتكىلىش زىچلىقى يەنىلا گېئوپوتاكسىمان كىنولارنىڭكىدىن يۇقىرى (تەخمىنەن 1010cm-2 ، كرېمنىيلىق قان پىلاستىنكىسىدىكى كىنولار ياكى گاللىي ئارسېنود گېئوپېتاكسىيىلىك كىنولاردا ياكى 102 دىن 104cm ئارىلىقىدا). 2). كەمتۈكلۈكنىڭ زىچلىقى توشۇغۇچىنىڭ يۆتكىلىشچانلىقىنى تۆۋەنلىتىدۇ ، بۇ ئارقىلىق ئاز سانلىق مىللەت توشۇغۇچىنىڭ ئۆمرىنى قىسقارتىدۇ ۋە ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقىنى تۆۋەنلىتىدۇ ، بۇلارنىڭ ھەممىسى ئۈسكۈنىنىڭ ئىقتىدارىنى تۆۋەنلىتىدۇ [4];

Sa كۆك ياقۇتنىڭ ئىسسىقلىق كېڭىيىش كوئېففىتسېنتى GaN نىڭكىدىن كۆپ ، شۇڭا چۆكمە تېمپېراتۇرىدىن ئۆي تېمپېراتۇرىسىغىچە سوۋۇتۇش جەريانىدا ئېپىتاكسىيىلىك قەۋەتتە ئىككى قۇتۇپلۇق بېسىم پەيدا بولىدۇ. قېلىن تۇتقاقلىق كىنولارغا نىسبەتەن ، بۇ بېسىم بەلكىم فىلىمنىڭ يېرىلىشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ.

Other باشقا سۇبيېكتلارغا سېلىشتۇرغاندا ، كۆك ياقۇتنىڭ ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى تۆۋەن (100 at ئەتراپىدا تەخمىنەن 0.25W * cm-1 * K-1) ، ئىسسىقلىقنىڭ تارقىلىش ئىقتىدارى ناچار.

Cond توك ئۆتكۈزۈشچانلىقى ياخشى بولمىغاچقا ، كۆك ياقۇتنىڭ باشقا يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ئۈسكۈنىلىرى بىلەن بىرلىشىشى ۋە قوللىنىلىشىغا پايدىسىز.

گەرچە كۆك ياقۇتنىڭ ئاستى قىسمىدا ئۆستۈرۈلگەن GaN ئېپىتاكسىيىلىك قەۋىتىنىڭ كەمتۈك زىچلىقى يۇقىرى بولسىمۇ ، ئەمما ئۇ GaN نى ئاساس قىلغان كۆك-يېشىل LED لارنىڭ ئوپتىكىلىق ئېلېكترونلۇق ئىقتىدارىنى كۆرۈنەرلىك تۆۋەنلەتمەيدىغاندەك قىلىدۇ ، شۇڭا كۆك ياقۇت مېغىزى يەنىلا GaN نى ئاساس قىلغان LED لار ئۈچۈن ئىشلىتىلىدۇ.

لازېر ياكى باشقا يۇقىرى زىچلىقتىكى ئېلېكتر ئۈسكۈنىلىرى قاتارلىق GaN ئۈسكۈنىلىرىنىڭ تېخىمۇ كۆپ يېڭى قوللىنىشچان پروگراممىلىرىنىڭ تەرەققىي قىلىشىغا ئەگىشىپ ، كۆك ياقۇت مېغىزىنىڭ ئەسلىدىكى كەمتۈكلۈكى ئۇلارنىڭ قوللىنىلىشىدىكى چەكلىمىگە ئايلاندى. ئۇنىڭدىن باشقا ، SiC تارماق بالا ئېشىش تېخنىكىسىنىڭ تەرەققىي قىلىشىغا ئەگىشىپ ، تەننەرخنى تۆۋەنلىتىش ۋە Si تارماق لىنىيىسىدىكى GaN تارقىلىشچان تېخنىكىسىنىڭ پىشىپ يېتىلىشىگە ئەگىشىپ ، كۆك ياقۇتنىڭ ئاستى قىسمىدىكى GaN تارقىلىشچان قەۋىتىنىڭ ئۆسۈشىگە مۇناسىۋەتلىك تېخىمۇ كۆپ تەتقىقاتلار ئاستا-ئاستا سوۋۇتۇش يۈزلىنىشىنى كۆرسىتىپ بەردى.

SiC دىكى GaN epitaxy

كۆك ياقۇتقا سېلىشتۇرغاندا ، SiC تارماق ئېلېمېنتى (4H- ۋە 6H- خرۇستال) نىڭ GaN ئېپىتاكسىيىلىك قەۋىتى بىلەن كىچىكرەك رېشاتكا ماسلاشمىغان (% 3.1 ، [0001] يۆنىلىشلىك تۇتقاقلىق كىنولارغا باراۋەر) ، ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى يۇقىرى (تەخمىنەن 3.8W * cm-1 * K) -1) قاتارلىقلار. بۇنىڭدىن باشقا ، SiC تارماق ئېغىزىنىڭ ئۆتكۈزۈشچانلىقى يەنە ئېلېكترنىڭ ئالاقىسىنىڭ ئاستى قىسمىنىڭ كەينى تەرىپىدە بولۇشىغا يول قويىدۇ ، بۇ ئۈسكۈنىنىڭ قۇرۇلمىسىنى ئاددىيلاشتۇرۇشقا ياردەم بېرىدۇ. بۇ ئەۋزەللىكلەرنىڭ مەۋجۇتلۇقى تېخىمۇ كۆپ تەتقىقاتچىلارنى كرېمنىي كاربون سۇيۇقلۇقىنىڭ GaN ئېپىتاكسىيىسى ئۈستىدە ئىشلەشكە جەلپ قىلدى.

قانداقلا بولمىسۇن ، بىۋاسىتە SiC تارماق لىنىيىسىدە ئىشلەپ ، GaN تۇتقاقچىلىرىنىڭ كۆپىيىشىدىن ساقلىنىشمۇ تۆۋەندىكىدەك بىر قاتار كەمچىلىكلەرگە دۇچ كېلىدۇ:

Si SiC ئاستى قىسمىنىڭ يەر يۈزىنىڭ يىرىكلىكى كۆك ياقۇتنىڭكىدىن كۆپ يۇقىرى (كۆك ياقۇتنىڭ يىرىكلىكى 0.1nm RMS ، SiC يىرىكلىكى 1nm RMS) ، SiC تارماق ئېغىزىنىڭ قاتتىقلىقى ۋە پىششىقلاپ ئىشلەش ئىقتىدارىنىڭ ناچارلىقى ، بۇ قوپاللىق ۋە قالدۇق سىلىقلاشنىڭ زىيىنىمۇ بۇنىڭ بىرى. GaN تۇتقاقلىقلىرىدىكى كەمتۈكلۈكنىڭ مەنبەسى.

Si SiC تارماق ئېغىزىنىڭ بۇرمىلاشنىڭ قويۇقلۇقى يۇقىرى (يۆتكىلىش زىچلىقى 103-104cm-2) ، بۇرمىلاشنىڭ يۆتكىلىشى GaN تۇتقۇچىغا تارقىلىپ ، ئۈسكۈنىنىڭ ئىقتىدارىنى تۆۋەنلىتىشى مۇمكىن.

Sub يەر ئاستى يۈزىدىكى ئاتوم ئورۇنلاشتۇرۇشى GaN تۇتقاقلىقىدا قاتلىما كاشىلا (BSF) نىڭ شەكىللىنىشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ. SiC تارماق ئېغىزىدىكى Epitaxial GaN غا نىسبەتەن ، تارماق بالا ئۈستىدە كۆپ خىل ئاتوم ئورۇنلاشتۇرۇش زاكازلىرى بار ، نەتىجىدە ئۇنىڭ ئۈستىدىكى ئېپتاكسىيىلىك GaN قەۋىتىنىڭ دەسلەپكى ئاتوم تىزىش تەرتىپى ماس كەلمەيدۇ ، بۇ خاتالىقلار كۆپ ئۇچرايدۇ. قاچىلاش كاشىلىسى (SFs) c ئوقنى بويلاپ ئىچىگە ئورۇنلاشتۇرۇلغان ئېلېكتر مەيدانىنى تونۇشتۇرىدۇ ، بۇ ئايروپىلاندىكى توشۇغۇچى ئايرىش ئۈسكۈنىلىرىنىڭ ئېقىپ كېتىشى قاتارلىق مەسىلىلەرنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ.

Si SiC تارماق ئېلېمېنتىنىڭ ئىسسىقلىق كېڭىيىش كوئېففىتسېنتى AlN ۋە GaN نىڭكىدىن كىچىك بولۇپ ، سوۋۇتۇش جەريانىدا ئېپىتاكسىيىلىك قەۋەت بىلەن يەر ئاستى سۈيىنىڭ ئىسسىقلىق بېسىمىنىڭ يىغىلىشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ. Waltereit ۋە Brand ئۆزلىرىنىڭ تەتقىقات نەتىجىسىگە ئاساسەن ئالدىن پەرەز قىلىپ ، نېپىز ، ماسلاشتۇرۇلغان AlN يادرو قەۋىتىدىكى GaN تارقىلىشچان قەۋىتىنى ئاشۇرۇش ئارقىلىق بۇ مەسىلىنى پەسەيتكىلى ياكى ھەل قىلغىلى بولىدىغانلىقىنى مۆلچەرلىدى.

Ga گا ئاتوملىرىنىڭ نەملىكى ناچار بولۇش مەسىلىسى. GaN تارقىلىشچان قەۋىتىنى بىۋاسىتە SiC يۈزىدە ئۆستۈرگەندە ، ئىككى ئاتومنىڭ نەملىكى ياخشى بولمىغاچقا ، GaN يەر ئاستى يۈزىدە 3D ئارالنىڭ ئۆسۈشىگە ئاسان ئۇچرايدۇ. بۇففېر قەۋىتىنى تونۇشتۇرۇش GaN تارقىلىشچانلىقىدىكى تۇتقاقلىق ماتېرىياللارنىڭ سۈپىتىنى يۇقىرى كۆتۈرۈش ئۈچۈن ئەڭ كۆپ قوللىنىلىدىغان ھەل قىلىش چارىسى. AlN ياكى AlxGa1-xN بۇففېر قەۋىتىنى تونۇشتۇرغاندا ، SiC يۈزىنىڭ نەملىك دەرىجىسىنى ئۈنۈملۈك يۇقىرى كۆتۈرگىلى ۋە GaN تۇتقاقلىق قەۋىتىنى ئىككى چوڭلۇقتا ئۆستۈرگىلى بولىدۇ. ئۇنىڭدىن باشقا ، ئۇ يەنە بېسىمنى تەڭشەپ ، ئاستىرتتىن كەمتۈكلۈكنىڭ GaN يۇقۇملىنىشنىڭ كېڭىيىشىنىڭ ئالدىنى ئالىدۇ.

Si SiC تارماق ئەترىتىنىڭ تەييارلىق تېخنىكىسى تېخى پىشىپ يېتىلمىگەن ، تارماقنىڭ تەننەرخى يۇقىرى ، تەمىنلىگۈچىلەر ئاز ، تەمىنلەش ئاز.

توررېس قاتارلىقلارنىڭ تەتقىقاتىدا كۆرسىتىلىشچە ، يۇقۇملىنىشتىن ئىلگىرى SiC تارماق ئېلېمېنتىنى H2 بىلەن يۇقىرى تېمپېراتۇرىدا (1600 سېلسىيە گرادۇس) يېگەندە ، يەر ئاستى يۈزىدە تېخىمۇ تەرتىپلىك قەدەم قۇرۇلمىسى ھاسىل قىلالايدىكەن ، بۇ ئارقىلىق بىۋاسىتە بولغانغا قارىغاندا تېخىمۇ يۇقىرى سۈپەتلىك AlN يۇقۇملۇق فىلىمىگە ئېرىشەلەيدىكەن. ئەسلى يەر ئاستى يۈزىدە ئۆسكەن. شيې ۋە ئۇنىڭ گۇرۇپپىسىنىڭ تەتقىقاتىدا يەنە كۆرسىتىلىشىچە ، كرېمنىي كاربون سۇ بىرىكمىلىرىنى پىششىقلاپ ئىشلەش GaN ئېپىتاكسىيىلىك قەۋىتىنىڭ يەر يۈزى مورفولوگىيىسى ۋە خرۇستال سۈپىتىنى كۆرۈنەرلىك ياخشىلايدىكەن. Smith et al. ئاستىرتتىن / بۇففېر قەۋىتى ۋە بۇففېر قەۋىتى / تۇتقاقلىق قەۋىتى ئارايۈزىدىن ھاسىل بولغان يىپنىڭ يۆتكىلىشىنىڭ ئاستىرتاشنىڭ تەكشىلىكى بىلەن مۇناسىۋەتلىك ئىكەنلىكىنى بايقىدى [5].

4-رەسىم ئوخشىمىغان يەر يۈزىنى بىر تەرەپ قىلىش شارائىتىدا 6H-SiC تارماق ئېلېمېنتى (0001) دا ئۆستۈرۈلگەن GaN تۇتقاقلىق قەۋىتى ئەۋرىشكىسىنىڭ TEM مورفولوگىيىسى (2) خىمىيىلىك تازىلاش + ھىدروگېن پلازما داۋالاش ؛ (3) خىمىيىلىك تازىلاش + ھىدروگېن پلازما داۋالاش + 1300 ℃ ھىدروگېن ئىسسىقلىق بىلەن 30 مىنۇت

GaN epitaxy on Si

كرېمنىي كاربون ، كۆك ياقۇت ۋە باشقا سۇبيېكتلار بىلەن سېلىشتۇرغاندا ، كرېمنىينىڭ ئاستى بېزى تەييارلاش جەريانى پىشىپ يېتىلگەن بولۇپ ، ئۇ يۇقىرى تەننەرخ ئىقتىدارى بىلەن پىشقان چوڭ رازمېرلىق ماددىلارنى مۇقىم تەمىنلىيەلەيدۇ. شۇنىڭ بىلەن بىر ۋاقىتتا ، ئىسسىقلىق ئۆتكۈزۈشچانلىقى ۋە ئېلېكتر ئۆتكۈزۈشچانلىقى ياخشى ، Si ئېلېكترونلۇق ئۈسكۈنىنىڭ جەريانى پىشىپ يېتىلگەن. كەلگۈسىدە ئوپتىك ئېلېكترونلۇق GaN ئۈسكۈنىلىرىنى Si ئېلېكترونلۇق ئۈسكۈنىلەر بىلەن مۇكەممەل بىرلەشتۈرۈش مۇمكىنچىلىكىمۇ كرېمنىيدىكى GaN ئېپتاكسىكىنىڭ ئۆسۈشىنى ئىنتايىن جەلپ قىلىدۇ.

قانداقلا بولمىسۇن ، Si تارماق ئېلېمېنتى بىلەن GaN ماتېرىيالى ئارىسىدىكى رېشاتكا تۇراقلىقلىقىدا زور پەرق بولغاچقا ، GaN نىڭ Si تارماق ئېلېمېنتىدىكى گېروگېنلىق تۇتقاقلىق تىپىك چوڭ ماسلاشمىغان يۇقۇملۇق كېسەل ، ئۇ يەنە بىر قاتار مەسىلىلەرگە دۇچ كېلىشى كېرەك:

Surface كۆرۈنمە يۈزى ئېنېرگىيە مەسىلىسى. GaN سى ئاستى قىسمىدا ئۆسكەندە ، سى ئاستى سۈيىنىڭ يۈزى ئالدى بىلەن نىترىد قىلىنىپ ، يۇقىرى زىچلىقتىكى GaN نىڭ يادروسى ۋە ئۆسۈشىگە پايدىسىز ئامورفوس كرېمنىي نىترىد قەۋىتىنى ھاسىل قىلىدۇ. بۇنىڭدىن باشقا ، سى يۈزى ئالدى بىلەن گا بىلەن ئالاقىلىشىدۇ ، بۇ سى ئاستى سۈيىنىڭ يۈزىنى چىرىتىدۇ. يۇقىرى تېمپېراتۇرىدا ، سى يۈزىنىڭ پارچىلىنىشى GaN ئېپتاكسىمان قەۋىتىگە تارقىلىپ ، قارا كرېمنىي داغ ھاسىل قىلىدۇ.

Ga GaN بىلەن Si ئوتتۇرىسىدىكى رېشاتكىنىڭ ئىزچىل ماسلاشماسلىقى چوڭ (~% 17) ، بۇ يۇقىرى زىچلىقتىكى يىپنىڭ شەكىللىنىشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ ۋە ئېپىتاكسىيىلىك قەۋەتنىڭ سۈپىتىنى كۆرۈنەرلىك تۆۋەنلىتىدۇ.

Si Si غا سېلىشتۇرغاندا ، GaN نىڭ تېخىمۇ چوڭ ئىسسىقلىق كېڭىيىش كوئېففىتسېنتى بار (GaN نىڭ ئىسسىقلىق كېڭىيىش كوئېففىتسېنتى تەخمىنەن 5.6 × 10-6K-1 ، سىنىڭ ئىسسىقلىق كېڭەيتىش كوئېففىتسېنتى تەخمىنەن 2.6 × 10-6K-1) ، GaN دا يېرىلىش پەيدا بولۇشى مۇمكىن. تۇتقاقلىق تېمپېراتۇرىسى ئۆي تېمپېراتۇرىسىغا سوۋۇتۇش جەريانىدا تۇتقاقلىق قەۋىتى

✔ Si يۇقىرى تېمپېراتۇرىدا NH3 بىلەن رېئاكسىيە قىلىپ ، كۆپ قۇتۇپلۇق SiNx ھاسىل قىلىدۇ. AlN پولى كرىستاللىن SiNx دا ئەۋزەل يۆنىلىشلىك يادرو ھاسىل قىلالمايدۇ ، بۇ كېيىن ئۆسكەن GaN قەۋىتىنىڭ تەرتىپسىز يۆنىلىشى ۋە كەمتۈكلۈكنىڭ كۆپ بولۇشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ ، نەتىجىدە GaN ئېپىتاكسىيىلىك قەۋىتىنىڭ خرۇستال سۈپىتى ناچار بولىدۇ ، ھەتتا يەككە كرىستال شەكىللەندۈرۈشمۇ تەسكە توختايدۇ. GaN epitaxial قەۋىتى [6].

چوڭ رېشاتكا ماسلاشماسلىق مەسىلىسىنى ھەل قىلىش ئۈچۈن ، تەتقىقاتچىلار AlAs ، GaAs ، AlN ، GaN ، ZnO ۋە SiC قاتارلىق ماتېرىياللارنى Si تارماق ئېغىزىدىكى بۇففېر قەۋىتى سۈپىتىدە تونۇشتۇرۇشقا ئۇرۇندى. پولى كرىستاللىن SiNx نىڭ شەكىللىنىشىدىن ساقلىنىش ۋە ئۇنىڭ GaN / AlN / Si (111) ماتېرىياللىرىنىڭ خرۇستال سۈپىتىگە بولغان پايدىسىز تەسىرىنى ئازايتىش ئۈچۈن ، TMAl ئادەتتە AlN بۇففېر قەۋىتىنىڭ تارقىلىشچان ئۆسۈشىدىن ئىلگىرى مەلۇم ۋاقىت ئىچىدە ئوتتۇرىغا قويۇلۇشى تەلەپ قىلىنىدۇ. NH3 نىڭ ئاشكارلانغان Si يۈزى بىلەن ئىنكاس قايتۇرۇپ ، SiNx ھاسىل قىلىشىنىڭ ئالدىنى ئېلىش. بۇنىڭدىن باشقا ، نەپىس يەر ئاستى تېخنىكىسى قاتارلىق ئېپىتاكسىيىلىك تېخنىكىلاردىن پايدىلىنىپ ، ئېپىتاكسىيىلىك قەۋەتنىڭ سۈپىتىنى ئۆستۈرگىلى بولىدۇ. بۇ تېخنىكىلارنىڭ تەرەققىي قىلىشى EpNxial كۆرۈنمە يۈزىدە SiNx نىڭ شەكىللىنىشىگە توسقۇنلۇق قىلىپ ، GaN Epitaxial قەۋىتىنىڭ ئىككى ئۆلچەملىك ئۆسۈشىنى ئىلگىرى سۈرۈپ ، Epitaxial قەۋىتىنىڭ ئۆسۈش سۈپىتىنى ئۆستۈرىدۇ. بۇنىڭدىن باشقا ، AlN بۇففېر قەۋىتى تونۇشتۇرۇلۇپ ، ئىسسىقلىق كېڭىيىش كوئېففىتسېنتىنىڭ پەرقى كەلتۈرۈپ چىقارغان جىددىيلىك بېسىمىنى تولۇقلاپ ، كرېمنىينىڭ ئاستى قىسمىدىكى GaN ئېپىتاكسىيىلىك قەۋىتىدىكى يېرىلىشتىن ساقلىنىدۇ. كروستنىڭ تەتقىقاتىدا كۆرسىتىلىشىچە ، AlN بۇففېر قەۋىتىنىڭ قېلىنلىقى بىلەن بېسىمنىڭ تۆۋەنلىشى ئوتتۇرىسىدا ئاكتىپ باغلىنىش بار. بۇففېر قەۋىتىنىڭ قېلىنلىقى 12nm غا يەتكەندە ، ئېپتاكسىمان قەۋەت يېرىلماي مۇۋاپىق ئۆسۈش پىلانى ئارقىلىق كرېمنىينىڭ ئاستى قىسمىدا قېلىنلىقى 6 مىللىمېتىردىن ئېشىپ كەتكەن ئېپتاكسىمان قەۋەتنى ئۆستۈرگىلى بولىدۇ.

تەتقىقاتچىلار ئۇزۇن مۇددەت تىرىشچانلىق كۆرسەتكەندىن كېيىن ، كرېمنىينىڭ ئاستى قىسمىدا ئۆستۈرۈلگەن GaN ئېپىتاكسىيىلىك قەۋىتىنىڭ سۈپىتى كۆرۈنەرلىك ياخشىلاندى ، مەيدان ئېففېكتى ترانس ist ورستور ، شوتكىي توساق ئۇلترا بىنەپشە نۇر تەكشۈرگۈچ ، كۆك-يېشىل LED ۋە ئۇلترا بىنەپشە لازېر قاتارلىق ئۈسكۈنىلەر كۆرۈنەرلىك ئىلگىرىلىدى.

خۇلاسىلەپ ئېيتقاندا ، كۆپ ئىشلىتىلىدىغان GaN تۇتقاقلىق سۇيۇقلۇقىنىڭ ھەممىسى ئوخشىمىغان ئىرسىيەت خاراكتېرلىك يۇقۇملۇق كېسەل بولغاچقا ، ئۇلارنىڭ ھەممىسى رېشاتكىنىڭ ماس كەلمەسلىكى ۋە ئىسسىقلىق كېڭىيىش كوئېففىتسېنتىنىڭ ئوخشىمىغان دەرىجىدە ئوخشىماسلىقى قاتارلىق كۆپ ئۇچرايدىغان مەسىلىلەرگە دۇچ كېلىدۇ. ئوخشاش جىنىسلىق ئېپتاكسىيىلىك GaN تارماق ئېلېمېنتلىرى تېخنىكىنىڭ يېتىلىشى بىلەن چەكلىنىدۇ ، تارماق بالا تېخى تۈركۈملەپ ئىشلەپچىقىرىلمىدى. ئىشلەپچىقىرىش تەننەرخى يۇقىرى ، ئاستىرتاشنىڭ كۆلىمى كىچىك ، بالا سۈيىنىڭ سۈپىتى كۆڭۈلدىكىدەك ئەمەس. يېڭى GaN تارقىلىشچان بالا ئېلېمېنتلىرىنىڭ تەرەققىي قىلىشى ۋە تۇتقاقلىق سۈپىتىنىڭ ياخشىلىنىشى يەنىلا GaN تارقىلىشچان كەسپىنىڭ تەرەققىياتىنى چەكلەيدىغان مۇھىم ئامىللارنىڭ بىرى.

IV. GaN epitaxy نىڭ ئورتاق ئۇسۇللىرى

MOCVD (خىمىيىلىك ھور چۆكمىسى)

قارىغاندا ، GaN تارماق ئېغىزىدىكى ئوخشاش جىنىسلىق يۇقۇملىنىش GaN يۇقۇملىنىشنىڭ ئەڭ ياخشى تاللىشى. قانداقلا بولمىسۇن ، خىمىيىلىك ھور چۆكۈشنىڭ ئالدىن بېشارىتى ترىمېتىلگاللىي ۋە ئاممىياك ، توشۇغۇچى گازى ھىدروگېن بولغاچقا ، تىپىك MOCVD ئۆسۈش تېمپېراتۇرىسى تەخمىنەن 1000-1100 and ، MOCVD نىڭ ئېشىش سۈرئىتى سائىتىگە بىر نەچچە مىكروون ئەتراپىدا. ئۇ ئاتوم سەۋىيىسىدە تىك ئارايۈز ھاسىل قىلالايدۇ ، بۇ گېروئولوگىيىلىك ئۇلىنىش ، كىۋانت قۇدۇقى ، دەرىجىدىن تاشقىرى ئورۇن ۋە باشقا قۇرۇلمىلارنىڭ ئۆسۈشىگە ئىنتايىن ماس كېلىدۇ. ئۇنىڭ تېز ئېشىش سۈرئىتى ، ياخشى بىردەكلىكى ۋە كەڭ رايون ۋە كۆپ بۆلەكنىڭ ئۆسۈشىگە ماسلىشىشچانلىقى سانائەت ئىشلەپچىقىرىشىدا دائىم ئىشلىتىلىدۇ.
MBE (مولېكۇلا نۇر دەستىسى)
مولېكۇلا نۇر دەستىسى ، گا ئېلېمېنت مەنبەسىنى ئىشلىتىدۇ ، ئاكتىپ ئازوت RF پلازمىسى ئارقىلىق ئازوتتىن ئېرىشىدۇ. MOCVD ئۇسۇلىغا سېلىشتۇرغاندا ، MBE نىڭ ئۆسۈش تېمپېراتۇرىسى تەخمىنەن 350-400 ℃ تۆۋەن. تۆۋەن تېمپېراتۇرا يۇقىرى تېمپېراتۇرا مۇھىتى كەلتۈرۈپ چىقىرىدىغان مەلۇم بۇلغىنىشتىن ساقلىنالايدۇ. MBE سىستېمىسى دەرىجىدىن تاشقىرى يۇقىرى ۋاكۇئۇم ئاستىدا مەشغۇلات قىلىدۇ ، ئۇ تېخىمۇ كۆپ نەق مەيداننى تەكشۈرۈش ئۇسۇللىرىنى بىرلەشتۈرەلەيدۇ. شۇنىڭ بىلەن بىر ۋاقىتتا ، ئۇنىڭ ئېشىش سۈرئىتى ۋە ئىشلەپچىقىرىش ئىقتىدارىنى MOCVD بىلەن سېلىشتۇرغىلى بولمايدۇ ، ئۇ ئىلمىي تەتقىقاتتا تېخىمۇ كۆپ ئىشلىتىلىدۇ [7].

5-رەسىم (a) Eiko-MBE سىخېمىسى (b) MBE ئاساسلىق ئىنكاس ئۆيىنىڭ سىخېمىسى

HVPE ئۇسۇلى (گىدرىد ھور فازا ئېپىتاكسىيىسى)

گىدرىد ھور باسقۇچىنىڭ تۇتقاقلىق ئۇسۇلىنىڭ ئالدىنقىلار GaCl3 ۋە NH3. Detchprohm et al. بۇ ئۇسۇلنى ئىشلىتىپ كۆك ياقۇت يەر ئاستى يۈزىدە قېلىنلىقى نەچچە يۈز مىكرون كېلىدىغان GaN ئېپىتاكسىيىلىك قەۋىتىنى ئۆستۈردى. ئۇلارنىڭ تەجرىبىسىدە كۆك ياقۇت بىلەن ئېپىتاكسىيىلىك قەۋەت ئوتتۇرىسىدا بۇففېر قەۋىتى سۈپىتىدە ZnO نىڭ بىر قەۋىتى ئۆستۈرۈلگەن بولۇپ ، يەر ئاستى قەۋىتى يەر ئاستى قەۋىتىدىن چىقىرىۋېتىلگەن. MOCVD ۋە MBE غا سېلىشتۇرغاندا ، HVPE ئۇسۇلىنىڭ ئاساسلىق ئالاھىدىلىكى ئۇنىڭ يۇقىرى ئېشىش سۈرئىتى بولۇپ ، قېلىن قەۋەت ۋە توپ ماتېرىياللارنى ئىشلەپچىقىرىشقا ماس كېلىدۇ. قانداقلا بولمىسۇن ، تۇتقاقلىق قەۋىتىنىڭ قېلىنلىقى 20 مىللىمېتىردىن ئېشىپ كەتكەندە ، بۇ ئۇسۇل ئارقىلىق ئىشلەپچىقىرىلغان ئېپىتاك قەۋىتى ئاسانلا يېرىلىپ كېتىدۇ.
ئاكىرا USUI بۇ ئۇسۇلنى ئاساس قىلىپ مودېللىق تارماق بالا تېخنىكىسىنى ئوتتۇرىغا قويدى. ئۇلار ئالدى بىلەن MOCVD ئۇسۇلى ئارقىلىق كۆك ياقۇتنىڭ ئاستى قىسمىدا قېلىنلىقى 1-1.5 مىللىمېتىر قېلىنلىقتىكى GaN ئېپىتاكسىمان قەۋىتىنى ئۆستۈردى. يەر تەۋرەش قەۋىتى تۆۋەن تېمپېراتۇرا شارائىتىدا ئۆسكەن 20nm قېلىنلىقتىكى GaN بۇففېر قەۋىتى ۋە يۇقىرى تېمپېراتۇرا شارائىتىدا ئۆسكەن GaN قەۋىتىدىن تەركىب تاپقان. ئاندىن كېيىن ، 430 at دە ، بىر قەۋەت SiO2 ئېپىتاكسىمان قەۋەت يۈزىگە چاپلانغان ، ھەمدە SiO2 فىلىمىدە فوتوگراف ئارقىلىق دېرىزە سىزىقچىلىرى ياسالغان. سىزىق ئارىلىقى 7 مىللىمېتىر ، ماسكا كەڭلىكى 1 مىللىمېتىردىن 4 مىللىمېتىرغىچە. بۇ ياخشىلىنىشتىن كېيىن ، ئۇلار دىئامېتىرى 2 دىيۇملۇق كۆك ياقۇت ئاستى قەۋىتىدە GaN ئېپىتاكسىيىلىك قەۋىتىگە ئېرىشتى ، قېلىنلىقى ئون نەچچە ، ھەتتا يۈزلىگەن مىكروونغا يەتكەندىمۇ يېرىلغان ۋە ئەينەكتەك سىلىق ئىدى. كەمتۈك زىچلىقى ئەنئەنىۋى HVPE ئۇسۇلىنىڭ 109-1010cm-2 دىن تەخمىنەن 6 × 107cm-2 گە تۆۋەنلىدى. ئۇلار يەنە تەجرىبىدە ئېشىش سۈرئىتى 75μm / h دىن ئېشىپ كەتكەندە ، ئەۋرىشكە يۈزىنىڭ قوپال بولىدىغانلىقىنى كۆرسەتتى [8].

6-رەسىم گرافىكلىق تارماق لايىھە

V. خۇلاسە ۋە نەزەر

GaN ماتېرىياللىرى 2014-يىلى كۆك نۇر LED شۇ يىلى نوبېل فىزىكا مۇكاپاتىغا ئېرىشكەندىن كېيىن بارلىققا كېلىشكە باشلىغان ۋە ئىستېمال ئېلېكترون ساھەسىدىكى تېز توك قاچىلاش ئىلتىماسى ساھەسىگە كىرگەن. ئەمەلىيەتتە ، كۆپىنچە كىشىلەر كۆرەلمەيدىغان 5G ئاساسى پونكىتىدا ئىشلىتىلىدىغان توك كۈچەيتكۈچ ۋە RF ئۈسكۈنىلىرىدىكى قوللىنىشچان پروگراممىلارمۇ جىمجىت پەيدا بولدى. يېقىنقى يىللاردىن بۇيان ، GaN نى ئاساس قىلغان ماشىنا دەرىجىلىك ئېلېكتر ئۈسكۈنىلىرىنىڭ بۆسۈش ئېغىزى GaN ماتېرىيال قوللىنىش بازىرى ئۈچۈن يېڭى ئېشىش نۇقتىلىرىنى ئاچىدۇ.
غايەت زور بازار ئېھتىياجى GaN غا مۇناسىۋەتلىك كەسىپ ۋە تېخنىكىنىڭ تەرەققىياتىنى جەزمەن ئىلگىرى سۈرىدۇ. GaN غا مۇناسىۋەتلىك سانائەت زەنجىرىنىڭ پىشىپ يېتىلىشى ۋە ياخشىلىنىشىغا ئەگىشىپ ، ھازىرقى GaN يۇقۇملىنىش تېخنىكىسى دۇچ كەلگەن مەسىلىلەر ئاخىرىدا ياخشىلىنىدۇ ياكى يېڭىدۇ. كەلگۈسىدە كىشىلەر جەزمەن تېخىمۇ كۆپ يېڭى ئېپىتاكىس تېخنىكىسى ۋە تېخىمۇ ئېسىل تارماق تاللاشلارنى تەرەققىي قىلدۇرىدۇ. شۇ ۋاقىتقا كەلگەندە ، كىشىلەر قوللىنىشچان سىنارىيەنىڭ ئالاھىدىلىكىگە ئاساسەن ، ئەڭ ماس كېلىدىغان تاشقى تەتقىقات تېخنىكىسىنى تاللايدۇ ۋە ئوخشىمىغان قوللىنىشچان سىنارىيەلەرنىڭ ئورنىنى ئالالايدۇ ھەمدە رىقابەت كۈچىگە ئىگە خاسلاشتۇرۇلغان مەھسۇلاتلارنى ئىشلەپچىقىرىدۇ.