2. Рост эпітаксіяльнай тонкай плёнкі
Падкладка забяспечвае фізічны апорны пласт або праводны пласт для сілавых прылад Ga2O3. Наступным важным пластом з'яўляецца канальны пласт або эпітаксіяльны пласт, які выкарыстоўваецца для супраціву напружанню і транспарціроўкі носьбітаў зарада. Для павышэння прабойнай напругі і мінімізацыі супраціўлення праводнасці неабходныя кантраляваная таўшчыня і канцэнтрацыя легіруючых прымешак, а таксама аптымальная якасць матэрыялу. Высокаякасныя эпітаксіяльныя пласты Ga2O3 звычайна наносяцца з дапамогай малекулярна-прамянёвай эпітаксіі (MBE), металаарганічнага хімічнага асаджэння з паравой фазы (MOCVD), галагеніднага асаджэння з паравой фазы (HVPE), імпульснага лазернага асаджэння (PLD) і метадаў асаджэння на аснове туманнай CVD.
Табліца 2. Некаторыя тыповыя эпітаксіяльныя тэхналогіі
2.1 Метад МБЭ
Тэхналогія МЛЭ вядомая сваёй здольнасцю вырошчваць высакаякасныя, бездэфектныя плёнкі β-Ga2O3 з кантраляваным легаваннем n-тыпу дзякуючы асяроддзю звышвысокага вакууму і высокай чысціні матэрыялу. У выніку яна стала адной з найбольш шырока вывучаных і патэнцыйна камерцыялізаваных тэхналогій нанясення тонкіх плёнак β-Ga2O3. Акрамя таго, метад МЛЭ таксама паспяхова падрыхтаваў высакаякасны, нізкалегаваны гетэраструктурны пласт тонкай плёнкі β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3. МЛЭ дазваляе кантраляваць структуру і марфалогію паверхні ў рэжыме рэальнага часу з дакладнасцю да атамнага пласта з дапамогай дыфракцыі адлюстраваных электронаў высокай энергіі (RHEED). Аднак плёнкі β-Ga2O3, вырашчаныя з выкарыстаннем тэхналогіі МЛЭ, усё яшчэ сутыкаюцца з многімі праблемамі, такімі як нізкая хуткасць росту і малы памер плёнкі. Даследаванне паказала, што хуткасць росту складала парадку (010)>(001)>(−201)>(100). Ва ўмовах злёгку ўзбагачаных Ga умовах ад 650 да 750°C, β-Ga2O3 (010) дэманструе аптымальны рост з гладкай паверхняй і высокай хуткасцю росту. З дапамогай гэтага метаду была паспяхова дасягнута эпітаксія β-Ga2O3 з RMS-шурпатасцю 0,1 нм. β-Ga2O3 У асяроддзі, узбагачаным Ga, плёнкі МЛЭ, вырашчаныя пры розных тэмпературах, паказаны на малюнку. Novel Crystal Technology Inc. паспяхова эпітаксіяльна вырабіла пласціны β-Ga2O3 МЛЭ памерам 10 × 15 мм2. Яны забяспечваюць высакаякасныя (010) арыентаваныя монакрышталічныя падложкі β-Ga2O3 таўшчынёй 500 мкм і XRD FWHM ніжэй за 150 дугавых секунд. Падложка легаваная Sn або Fe. Легаваная Sn праводная падложка мае канцэнтрацыю легіравання ад 1E18 да 9E18 см−3, у той час як легаваная жалезам паўізаляцыйная падложка мае супраціўленне вышэй за 10E10 Ом см.
2.2 Метад MOCVD
MOCVD выкарыстоўвае металарганічныя злучэнні ў якасці папярэднікаў для вырошчвання тонкіх плёнак, тым самым дасягаючы маштабнай камерцыйнай вытворчасці. Пры вырошчванні Ga2O3 метадам MOCVD у якасці крыніцы Ga звычайна выкарыстоўваюцца трыметылгалій (TMGa), трыэтылгалій (TEGa) і Ga (дыпентылглікольфармат), а ў якасці крыніцы кіслароду - H2O, O2 або N2O. Вырошчванне з дапамогай гэтага метаду звычайна патрабуе высокіх тэмператур (>800°C). Гэтая тэхналогія мае патэнцыял для дасягнення нізкай канцэнтрацыі носьбітаў і высокай і нізкатэмпературнай рухомасці электронаў, таму яна мае вялікае значэнне для рэалізацыі высокапрадукцыйных энергетычных прылад β-Ga2O3. У параўнанні з метадам росту MBE, MOCVD мае перавагу ў дасягненні вельмі высокіх хуткасцей росту плёнак β-Ga2O3 дзякуючы характарыстыкам росту пры высокай тэмпературы і хімічным рэакцыям.
Малюнак 7 β-Ga2O3 (010) АСМ-выява
Малюнак 8. β-Ga2O3. Суадносіны паміж μ і супраціўленнем пласта, вымераным метадам Хола, і тэмпературай.
2.3 Метад высокавысокапрадукцыйнай поліэтыленавай эмульсіі (HVPE)
HVPE — гэта сталая эпітаксіяльная тэхналогія, якая шырока выкарыстоўваецца ў эпітаксіяльным росце паўправаднікоў III-V групы. HVPE вядомы сваім нізкім вытворчым коштам, высокай хуткасцю росту і высокай таўшчынёй плёнкі. Варта адзначыць, што HVPEβ-Ga2O3 звычайна мае шурпатую паверхневую марфалогію і высокую шчыльнасць паверхневых дэфектаў і ямак. Таму перад вытворчасцю прылады патрабуюцца хімічныя і механічныя працэсы паліроўкі. Тэхналогія HVPE для эпітаксіі β-Ga2O3 звычайна выкарыстоўвае газападобныя GaCl і O2 у якасці папярэднікаў для стымулявання высокатэмпературнай рэакцыі матрыцы (001) β-Ga2O3. На малюнку 9 паказаны стан паверхні і хуткасць росту эпітаксіяльнай плёнкі ў залежнасці ад тэмпературы. У апошнія гады японская кампанія Novel Crystal Technology Inc. дасягнула значнага камерцыйнага поспеху ў вытворчасці гомаэпітаксіяльнага β-Ga2O3 з HVPE, з таўшчынёй эпітаксіяльнага пласта ад 5 да 10 мкм і памерамі пласцін 2 і 4 цалі. Акрамя таго, у стадыю камерцыялізацыі таксама ўступілі гомаэпітаксіяльныя пласціны HVPE β-Ga2O3 таўшчынёй 20 мкм, вырабленыя карпарацыяй China Electronics Technology Group.
Малюнак 9. Метад HVPE β-Ga2O3
2.4 Метад PLD
Тэхналогія PLD у асноўным выкарыстоўваецца для нанясення складаных аксідных плёнак і гетэраструктур. Падчас працэсу росту PLD энергія фатонаў злучаецца з мэтавым матэрыялам праз працэс электроннай эмісіі. У адрозненне ад MBE, часціцы крыніцы PLD фармуюцца лазерным выпраменьваннем з надзвычай высокай энергіяй (>100 эВ) і пасля гэтага наносяцца на нагрэтую падкладку. Аднак падчас працэсу абляцыі некаторыя часціцы высокай энергіі будуць непасрэдна ўздзейнічаць на паверхню матэрыялу, ствараючы кропкавыя дэфекты і тым самым зніжаючы якасць плёнкі. Падобна метаду MBE, RHEED можа быць выкарыстаны для маніторынгу структуры паверхні і марфалогіі матэрыялу ў рэжыме рэальнага часу падчас працэсу нанясення PLD β-Ga2O3, што дазваляе даследчыкам дакладна атрымліваць інфармацыю аб росце. Чакаецца, што метад PLD дазволіць вырошчваць высокаправодныя плёнкі β-Ga2O3, што робіць яго аптымізаваным рашэннем для омічных кантактаў у сілавых прыладах Ga2O3.
Малюнак 10. АСМ-выява Ga2O3, легаванага крэмніем
2.5 Метад MIST-CVD
MIST-CVD — гэта адносна простая і эканамічна эфектыўная тэхналогія вырошчвання тонкіх плёнак. Гэты метад CVD прадугледжвае рэакцыю распылення атомізаванага папярэдніка на падкладку для дасягнення нанясення тонкай плёнкі. Аднак да гэтага часу Ga2O3, вырашчаны з дапамогай CVD у распыляльным парыве, усё яшчэ не мае добрых электрычных уласцівасцей, што пакідае шмат магчымасцей для ўдасканалення і аптымізацыі ў будучыні.
Час публікацыі: 30 мая 2024 г.