1. Паўправаднікі трэцяга пакалення
Паўправадніковая тэхналогія першага пакалення была распрацавана на аснове паўправадніковых матэрыялаў, такіх як крэмній і германій. Яна з'яўляецца матэрыяльнай асновай для распрацоўкі транзістараў і тэхналогіі інтэгральных схем. Паўправадніковыя матэрыялы першага пакалення заклалі аснову электроннай прамысловасці ў 20 стагоддзі і з'яўляюцца асноўнымі матэрыяламі для тэхналогіі інтэгральных схем.
Паўправадніковыя матэрыялы другога пакалення ў асноўным уключаюць арсенід галію, фасфід індыя, фасфід галію, арсенід індыя, арсенід алюмінію і іх трайныя злучэнні. Паўправадніковыя матэрыялы другога пакалення з'яўляюцца асновай оптаэлектроннай інфармацыйнай прамысловасці. На гэтай аснове былі распрацаваны сумежныя галіны, такія як асвятленне, дысплеі, лазеры і фотаэлектрыка. Яны шырока выкарыстоўваюцца ў сучасных інфармацыйных тэхналогіях і оптаэлектронных дысплеях.
Тыповымі матэрыяламі паўправадніковых матэрыялаў трэцяга пакалення з'яўляюцца нітрыд галію і карбід крэмнію. Дзякуючы шырокай шырыні забароненай зоны, высокай хуткасці дрэйфу насычэння электронаў, высокай цеплаправоднасці і высокай напружанасці прабойнага поля, яны з'яўляюцца ідэальнымі матэрыяламі для вырабу электронных прылад з высокай шчыльнасцю магутнасці, высокай частатой і нізкімі стратамі. Сярод іх сілавыя прылады на аснове карбіду крэмнію маюць перавагі высокай шчыльнасці энергіі, нізкага спажывання энергіі і малых памераў, а таксама маюць шырокія перспектывы прымянення ў новых энергетычных транспартных сродках, фотаэлектрыцы, чыгуначным транспарце, вялікіх дадзеных і іншых галінах. ВЧ-прылады на аснове нітрыду галію маюць перавагі высокай частаты, высокай магутнасці, шырокай прапускной здольнасці, нізкага спажывання энергіі і малых памераў, а таксама маюць шырокія перспектывы прымянення ў сувязі 5G, Інтэрнэце рэчаў, ваенным радары і іншых галінах. Акрамя таго, сілавыя прылады на аснове нітрыду галію шырока выкарыстоўваюцца ў галіне нізкага напружання. Акрамя таго, у апошнія гады чакаецца, што новыя матэрыялы на аснове аксіду галію будуць тэхнічна дапаўняць існуючыя тэхналогіі SiC і GaN і маюць патэнцыйныя перспектывы прымянення ў галінах нізкага і высокага напружання.
У параўнанні з паўправадніковымі матэрыяламі другога пакалення, паўправадніковыя матэрыялы трэцяга пакалення маюць большую шырыню забароненай зоны (шырыня забароненай зоны Si, тыповага матэрыялу паўправадніковага матэрыялу першага пакалення, складае каля 1,1 эВ, шырыня забароненай зоны GaAs, тыповага матэрыялу паўправадніковага матэрыялу другога пакалення, складае каля 1,42 эВ, а шырыня забароненай зоны GaN, тыповага матэрыялу паўправадніковага матэрыялу трэцяга пакалення, перавышае 2,3 эВ), больш высокую радыяцыйную ўстойлівасць, больш высокую ўстойлівасць да прабоя электрычным полем і больш высокую тэмпературную ўстойлівасць. Паўправадніковыя матэрыялы трэцяга пакалення з большай шырынёй забароненай зоны асабліва падыходзяць для вытворчасці радыяцыйна-ўстойлівых, высокачастотных, магутных і з высокай шчыльнасцю інтэграцыі электронных прылад. Іх прымяненне ў мікрахвалевых радыёчастотных прыладах, святлодыёдах, лазерах, сілавых прыладах і іншых галінах прыцягнула вялікую ўвагу, і яны паказалі шырокія перспектывы развіцця ў мабільнай сувязі, разумных сетках, чыгуначным транспарце, транспартных сродках на новых энергіях, бытавой электроніцы, а таксама прыладах ультрафіялетавага і сіне-зялёнага выпраменьвання [1].
Крыніца выявы: CASA, Інстытут даследаванняў каштоўных папер Чжэшана
Малюнак 1. Часовая шкала і прагноз для сілавых прылад GaN
Структура і характарыстыкі матэрыялу II GaN
GaN — гэта паўправаднік з прамой забароненай зонай. Шырыня забароненай зоны структуры вюртцыту пры пакаёвай тэмпературы складае каля 3,26 эВ. Матэрыялы GaN маюць тры асноўныя крышталічныя структуры, а менавіта структуру вюртцыту, структуру сфалерыту і структуру каменнай солі. Сярод іх структура вюртцыту з'яўляецца найбольш стабільнай крышталічнай структурай. На малюнку 2 паказана дыяграма гексаганальнай структуры вюртцыту GaN. Структура вюртцыту матэрыялу GaN належыць да гексаганальнай шчыльнаўпакаванай структуры. Кожная элементарная ячэйка мае 12 атамаў, у тым ліку 6 атамаў N і 6 атамаў Ga. Кожны атам Ga (N) утварае сувязь з 4 бліжэйшымі атамамі N (Ga) і размешчаны ў парадку ABABAB… уздоўж кірунку [0001] [2].
Малюнак 2. Дыяграма крышталічнай ячэйкі GaN з структурай вюртцыту
III. Звычайна выкарыстоўваныя падкладкі для эпітаксіі GaN
Здаецца, што аднародная эпітаксія на падкладках GaN з'яўляецца найлепшым выбарам для эпітаксіі GaN. Аднак з-за вялікай энергіі сувязі GaN, калі тэмпература дасягае тэмпературы плаўлення 2500℃, адпаведны ціск раскладання складае каля 4,5 ГПа. Калі ціск раскладання ніжэйшы за гэты ціск, GaN не плавіцца, а раскладаецца непасрэдна. Гэта робіць такія развітыя тэхналогіі падрыхтоўкі падкладак, як метад Чахральскага, непрыдатнымі для падрыхтоўкі монакрышталічных падкладак GaN, што робіць падкладкі GaN складанымі для масавай вытворчасці і дарагімі. Такім чынам, падкладкамі, якія звычайна выкарыстоўваюцца для эпітаксіяльнага росту GaN, з'яўляюцца ў асноўным Si, SiC, сапфір і г.д. [3].
Дыяграма 3. GaN і параметры найбольш распаўсюджаных матэрыялаў падкладак
Эпітаксія GaN на сапфіры
Сапфір мае стабільныя хімічныя ўласцівасці, танны і мае высокую ступень сталасці для буйной вытворчасці. Такім чынам, ён стаў адным з самых ранніх і найбольш шырока выкарыстоўваных матэрыялаў для падкладак у паўправадніковай тэхніцы. Паколькі сапфір з'яўляецца адной з найбольш распаўсюджаных падкладак для эпітаксіі GaN, асноўныя праблемы, якія неабходна вырашыць для яго, наступныя:
✔ З-за вялікай няроўнасці рашотак паміж сапфірам (Al2O3) і GaN (каля 15%) шчыльнасць дэфектаў на мяжы паміж эпітаксіяльным пластом і падкладкай вельмі высокая. Каб паменшыць яго негатыўныя наступствы, падкладку неабходна падвергнуць складанай папярэдняй апрацоўцы перад пачаткам працэсу эпітаксіяльнага росту. Перад вырошчваннем эпітаксіяльнага пласта GaN на сапфіравых падкладках паверхню падкладкі неабходна спачатку старанна ачысціць, каб выдаліць забруджванні, рэшткі паліровачных пашкоджанняў і г.д., а таксама стварыць прыступкі і ступеністыя паверхневыя структуры. Затым паверхню падкладкі азотуюць, каб змяніць змочвальныя ўласцівасці эпітаксіяльнага пласта. Нарэшце, на паверхню падкладкі неабходна нанесці тонкі буферны пласт AlN (звычайна таўшчынёй 10-100 нм) і адпаліць пры нізкай тэмпературы для падрыхтоўкі да канчатковага эпітаксіяльнага росту. Нягледзячы на гэта, шчыльнасць дыслакацый у эпітаксіяльных плёнках GaN, вырашчаных на сапфіравых падкладках, усё яшчэ вышэйшая, чым у гомаэпітаксіяльных плёнках (каля 1010 см-2 у параўнанні з практычна нулявой шчыльнасцю дыслакацый у гомаэпітаксіяльных плёнках крэмнію або гомаэпітаксіяльных плёнках арсеніду галію, або паміж 102 і 104 см-2). Больш высокая шчыльнасць дэфектаў зніжае рухомасць носьбітаў, тым самым скарачаючы тэрмін службы неасноўных носьбітаў і зніжаючы цеплаправоднасць, што прыводзіць да зніжэння прадукцыйнасці прылады [4];
✔ Каэфіцыент цеплавога пашырэння сапфіра большы, чым у GaN, таму падчас астуджэння ад тэмпературы нанясення да пакаёвай тэмпературы ў эпітаксіяльным пласце будзе ўзнікаць двухвосевае сціскальнае напружанне. Для больш тоўстых эпітаксіяльных плёнак гэта напружанне можа выклікаць расколіны ў плёнцы або нават у падкладцы;
✔ У параўнанні з іншымі падкладкамі, цеплаправоднасць сапфіравых падкладак ніжэйшая (каля 0,25 Вт*см-1*K-1 пры 100℃), а эфектыўнасць рассейвання цяпла нізкая;
✔ З-за дрэннай праводнасці сапфіравыя падложкі не спрыяюць іх інтэграцыі і ўжыванню з іншымі паўправадніковымі прыладамі.
Нягледзячы на высокую шчыльнасць дэфектаў эпітаксіяльных слаёў GaN, вырашчаных на сапфіравых падкладках, гэта, відаць, не прыводзіць да істотнага зніжэння оптаэлектронных характарыстык сіне-зялёных святлодыёдаў на аснове GaN, таму сапфіравыя падкладкі ўсё яшчэ шырока выкарыстоўваюцца для святлодыёдаў на аснове GaN.
З развіццём новых ужыванняў прылад на аснове GaN, такіх як лазеры або іншыя прылады высокай шчыльнасці магутнасці, уласцівыя дэфекты сапфіравых падложак усё часцей становяцца абмежаваннем для іх прымянення. Акрамя таго, з развіццём тэхналогіі вырошчвання падложак з карбіду крэмнію, зніжэннем выдаткаў і развіццём эпітаксіяльнай тэхналогіі GaN на падложках крэмнію, даследаванні па вырошчванні эпітаксіяльных слаёў GaN на сапфіравых падложках паступова паказваюць тэндэнцыю да зніжэння эфектыўнасці.
Эпітаксія GaN на SiC
У параўнанні з сапфірам, падложкі з карбіду крэмнію (крышталі 4H- і 6H) маюць меншую разыходжанне рашоткі з эпітаксіяльнымі пластамі GaN (3,1%, што эквівалентна эпітаксіяльным плёнкам з арыентацыяй [0001]), больш высокую цеплаправоднасць (каля 3,8 Вт*см-1*K-1) і г.д. Акрамя таго, праводнасць падложак з карбіду крэмнію таксама дазваляе ствараць электрычныя кантакты на адваротным баку падложкі, што дапамагае спрасціць структуру прылады. Існаванне гэтых пераваг прыцягвае ўсё больш і больш даследчыкаў да працы над эпітаксіяй GaN на падложках з карбіду крэмнію.
Аднак праца непасрэдна на падложках SiC, каб пазбегнуць росту эпілятараў GaN, таксама сутыкаецца з шэрагам недахопаў, у тым ліку наступнымі:
✔ Шурпатасць паверхні падкладак з карбіду крэмнію (SIC) значна вышэйшая, чым у падкладак сапфіру (шурпатасць сапфіра 0,1 нм RMS, шурпатасць SiC 1 нм RMS). Падкладкі з карбіду крэмнію маюць высокую цвёрдасць і дрэнную апрацоўчую прадукцыйнасць, і гэтая шурпатасць і рэшткавыя пашкоджанні ад паліроўкі таксама з'яўляюцца адной з крыніц дэфектаў у эпіляцыйных пластах GaN.
✔ Шчыльнасць шрубавых дыслакацый падложак SiC высокая (шчыльнасць дыслакацый 10³-10⁴ см⁻²), шрубавыя дыслакацыі могуць распаўсюджвацца на эпілятар GaN і зніжаць прадукцыйнасць прылады;
✔ Размяшчэнне атамаў на паверхні падкладкі выклікае ўтварэнне дэфектаў укладкі (BSF) у эпітаксіяльным пласце GaN. Для эпітаксіяльнага GaN на падкладках SiC існуе некалькі магчымых парадкаў размяшчэння атамаў на падкладцы, што прыводзіць да непаслядоўнага пачатковага парадку ўкладкі атамаў эпітаксіяльнага пласта GaN на ёй, які схільны да дэфектаў укладкі. Дэфекты ўкладкі (SF) ствараюць убудаваныя электрычныя палі ўздоўж восі c, што прыводзіць да такіх праблем, як уцечка з прылад падзелу носьбітаў у плоскасці;
✔ Каэфіцыент цеплавога пашырэння падложкі з SiC меншы, чым у AlN і GaN, што выклікае назапашванне цеплавых напружанняў паміж эпітаксіяльным пластом і падложкай падчас працэсу астуджэння. Вальтэрайт і Бранд на падставе вынікаў сваіх даследаванняў прадказалі, што гэтую праблему можна палегчыць або вырашыць, вырошчваючы эпітаксіяльныя пласты GaN на тонкіх, кагерэнтна напружаных зародкападобных пластах AlN;
✔ Праблема дрэннай змочвальнасці атамаў Ga. Пры вырошчванні эпітаксіяльных слаёў GaN непасрэдна на паверхні SiC, з-за дрэннай змочвальнасці паміж двума атамамі, GaN схільны да росту трохмерных астраўкоў на паверхні падкладкі. Увядзенне буфернага пласта з'яўляецца найбольш распаўсюджаным рашэннем для паляпшэння якасці эпітаксіяльных матэрыялаў пры эпітаксіі GaN. Увядзенне буфернага пласта AlN або AlxGa1-xN можа эфектыўна палепшыць змочвальнасць паверхні SiC і прымусіць эпітаксіяльны пласт GaN расці ў двух вымярэннях. Акрамя таго, ён таксама можа рэгуляваць напружанне і прадухіляць распаўсюджванне дэфектаў падкладкі на эпітаксію GaN;
✔ Тэхналогія падрыхтоўкі падкладак з карбіду крэмнію (SiC) недастаткова развітая, кошт падкладкі высокі, пастаўшчыкоў мала, а прапановы невялікія.
Даследаванні Торэса і інш. паказваюць, што травленне падложкі SiC з дапамогай H2 пры высокай тэмпературы (1600°C) перад эпітаксіяй можа прывесці да больш упарадкаванай ступеністай структуры на паверхні падложкі, тым самым атрымліваючы эпітаксіяльную плёнку AlN больш высокай якасці, чым пры яе непасрэдным вырошчванні на зыходнай паверхні падложкі. Даследаванні Се і яго каманды таксама паказваюць, што папярэдняя апрацоўка падложкі з карбіду крэмнію травленнем можа значна палепшыць марфалогію паверхні і якасць крышталяў эпітаксіяльнага пласта GaN. Сміт і інш. выявілі, што ніткападобныя дыслакацыі, якія ўзнікаюць на мяжах падложкі/буфернага пласта і буфернага пласта/эпітаксіяльнага пласта, звязаны з плоскасцю падложкі [5].
Малюнак 4. Марфалогія TEM узораў эпітаксіяльнага пласта GaN, вырашчаных на падложцы 6H-SiC (0001) пры розных умовах апрацоўкі паверхні: (а) хімічная ачыстка; (б) хімічная ачыстка + апрацоўка вадароднай плазмай; (в) хімічная ачыстка + апрацоўка вадароднай плазмай + тэрмічная апрацоўка вадародам пры тэмпературы 1300℃ на працягу 30 хвілін
Эпітаксія GaN на Si
У параўнанні з карбідам крэмнію, сапфірам і іншымі падкладкамі, працэс падрыхтоўкі крэмніевых падкладак з'яўляецца дасканалым і можа стабільна забяспечваць атрыманне вялікіх падкладак з высокімі эканамічнымі паказчыкамі. У той жа час цеплаправоднасць і электраправоднасць добрыя, а працэс вырабу электронных прылад на аснове крэмнію з'яўляецца дасканалым. Магчымасць ідэальнай інтэграцыі оптаэлектронных прылад на аснове GaN з электроннымі прыладамі на аснове крэмнію ў будучыні таксама робіць развіццё эпітаксіі GaN на крэмніі вельмі прывабным.
Аднак з-за вялікай розніцы ў пастаянных рашоткі паміж падкладкай Si і матэрыялам GaN, неаднародная эпітаксія GaN на падкладцы Si з'яўляецца тыповай эпітаксіяй з вялікім неадпаведнасцю, і яна таксама сутыкаецца з шэрагам праблем:
✔ Праблема энергіі на паверхні інтэрфейсу. Калі GaN расце на падкладцы Si, паверхня падкладкі Si спачатку азотуецца, утвараючы аморфны пласт нітрыду крэмнію, які не спрыяе зародкаўтварэнню і росту GaN высокай шчыльнасці. Акрамя таго, паверхня Si спачатку кантактуе з Ga, што прыводзіць да карозіі паверхні падкладкі Si. Пры высокіх тэмпературах раскладанне паверхні Si дыфузіруе ў эпітаксіяльны пласт GaN, утвараючы чорныя плямы крэмнію.
✔ Неадпаведнасць пастаяннай рашоткі паміж GaN і Si вялікая (~17%), што прывядзе да ўтварэння дыслакацый з высокай шчыльнасцю ніткападобных структур і значна знізіць якасць эпітаксіяльнага пласта;
✔ У параўнанні з Si, GaN мае большы каэфіцыент цеплавога пашырэння (каэфіцыент цеплавога пашырэння GaN складае каля 5,6×10⁻⁶K⁻¹, каэфіцыент цеплавога пашырэння Si — каля 2,6×10⁻⁶K⁻¹), і падчас астуджэння эпітаксіяльнай тэмпературы да пакаёвай тэмпературы ў эпітаксіяльным пласце GaN могуць утварацца расколіны;
✔ Пры высокіх тэмпературах Si рэагуе з NH3, утвараючы полікрышталічны SiNx. AlN не можа ўтварыць пераважна арыентаванае зародак на полікрышталічным SiNx, што прыводзіць да неўпарадкаванай арыентацыі пласта GaN, які ўтвараецца ў далейшым, і вялікай колькасці дэфектаў, у выніку чаго якасць крышталя эпітаксіяльнага пласта GaN нізкая, і нават узнікаюць цяжкасці з фарміраваннем монакрышталічнага эпітаксіяльнага пласта GaN [6].
Каб вырашыць праблему вялікай няроўнасці рашотак, даследчыкі спрабавалі ўвесці такія матэрыялы, як AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO і SiC, у якасці буферных слаёў на крэмніевых падкладках. Каб пазбегнуць утварэння полікрышталічнага SiNx і паменшыць яго негатыўны ўплыў на якасць крышталяў матэрыялаў GaN/AlN/Si (111), звычайна патрабуецца ўводзіць TMAl на працягу пэўнага перыяду часу перад эпітаксіяльным ростам буфернага пласта AlN, каб прадухіліць рэакцыю NH3 з адкрытай паверхняй Si з утварэннем SiNx. Акрамя таго, для паляпшэння якасці эпітаксіяльнага пласта можна выкарыстоўваць эпітаксіяльныя тэхналогіі, такія як тэхналогія ўзорчатых падкладак. Распрацоўка гэтых тэхналогій дапамагае стрымліваць утварэнне SiNx на эпітаксіяльнай мяжы, спрыяць двухмернаму росту эпітаксіяльнага пласта GaN і паляпшаць якасць росту эпітаксіяльнага пласта. Акрамя таго, буферны пласт AlN уводзіцца для кампенсацыі напружання расцяжэння, выкліканага розніцай каэфіцыентаў цеплавога пашырэння, каб пазбегнуць расколін у эпітаксіяльным пласце GaN на крэмніевай падкладцы. Даследаванні Кроста паказваюць, што існуе станоўчая карэляцыя паміж таўшчынёй буфернага пласта AlN і зніжэннем дэфармацыі. Калі таўшчыня буфернага пласта дасягае 12 нм, эпітаксіяльны пласт таўшчынёй больш за 6 мкм можа быць вырашчаны на крэмніевай падкладцы з дапамогай адпаведнай схемы росту без яго расколін.
Пасля працяглых намаганняў даследчыкаў якасць эпітаксіяльных слаёў GaN, вырашчаных на крэмніевых падкладках, была значна палепшана, і такія прылады, як палявыя транзістары, ультрафіялетавыя дэтэктары з бар'ерам Шоткі, сіне-зялёныя святлодыёды і ультрафіялетавыя лазеры, дасягнулі значнага прагрэсу.
Карацей кажучы, паколькі ўсе распаўсюджаныя эпітаксіяльныя падкладкі GaN з'яўляюцца неаднароднай эпітаксіяй, усе яны сутыкаюцца з агульнымі праблемамі, такімі як неадпаведнасць рашоткі і вялікія адрозненні ў каэфіцыентах цеплавога пашырэння ў рознай ступені. Аднародныя эпітаксіяльныя падкладкі GaN абмежаваныя развіццём тэхналогій, і яны яшчэ не вырабляюцца масава. Кошт вытворчасці высокі, памер падкладкі малы, а якасць падкладкі не ідэальная. Распрацоўка новых эпітаксіяльных падкладак GaN і паляпшэнне якасці эпітаксіяльнай падкладкі па-ранейшаму з'яўляюцца адным з важных фактараў, якія абмяжоўваюць далейшае развіццё эпітаксіяльнай прамысловасці GaN.
IV. Агульныя метады эпітаксіі GaN
MOCVD (хімічнае асаджэнне з паравой фазы)
Здаецца, што аднародная эпітаксія на падкладках GaN з'яўляецца найлепшым выбарам для эпітаксіі GaN. Аднак, паколькі папярэднікамі хімічнага асаджэння з паравой фазы з'яўляюцца трыметылгалій і аміяк, а газам-носьбітам — вадарод, тыповая тэмпература росту пры MOCVD складае каля 1000-1100℃, а хуткасць росту пры MOCVD — каля некалькіх мікронаў у гадзіну. Гэта дазваляе ствараць стромкія міжфазныя мяжы на атамным узроўні, што вельмі падыходзіць для вырошчвання гетэрапераходаў, квантавых ям, звышрашотак і іншых структур. Хуткая хуткасць росту, добрая аднастайнасць і прыдатнасць для вырошчвання вялікай плошчы і шматчасткавых структур часта выкарыстоўваюцца ў прамысловай вытворчасці.
МБЭ (малекулярна-прамянёвая эпітаксія)
У малекулярна-прамянёвай эпітаксіі Ga выкарыстоўвае элементарную крыніцу, а актыўны азот атрымліваецца з азоту праз радыёчастотную плазму. У параўнанні з метадам MOCVD, тэмпература росту пры MBE прыкладна на 350-400℃ ніжэйшая. Больш нізкая тэмпература росту дазваляе пазбегнуць некаторых забруджванняў, якія могуць быць выкліканы высокімі тэмпературамі асяроддзя. Сістэма MBE працуе ва ўмовах звышвысокага вакууму, што дазваляе ёй інтэграваць больш метадаў выяўлення in situ. У той жа час, яе хуткасць росту і вытворчая магутнасць нельга параўнаць з MOCVD, і яна больш выкарыстоўваецца ў навуковых даследаваннях [7].
Малюнак 5 (а) Схема Eiko-MBE (b) Схема асноўнай рэакцыйнай камеры MBE
Метад HVPE (эпітаксія з гідрыднай паравой фазы)
Папярэднікамі метаду гідрыднай газафазнай эпітаксіі з'яўляюцца GaCl3 і NH3. Дэтчпром і інш. выкарысталі гэты метад для вырошчвання эпітаксіяльнага пласта GaN таўшчынёй у сотні мікронаў на паверхні сапфіравай падкладкі. У сваім эксперыменце паміж сапфіравай падкладкай і эпітаксіяльным пластом быў вырашчаны пласт ZnO ў якасці буфернага пласта, і эпітаксіяльны пласт быў адслойваны ад паверхні падкладкі. У параўнанні з MOCVD і MBE, галоўнай асаблівасцю метаду HVPE з'яўляецца высокая хуткасць росту, што падыходзіць для атрымання тоўстых пластоў і аб'ёмных матэрыялаў. Аднак, калі таўшчыня эпітаксіяльнага пласта перавышае 20 мкм, эпітаксіяльны пласт, атрыманы гэтым метадам, схільны да расколін.
Кампанія Akira USUI прадставіла тэхналогію ўзорчатых падкладак, заснаваную на гэтым метадзе. Спачатку яны вырасцілі тонкі эпітаксіяльны пласт GaN таўшчынёй 1-1,5 мкм на сапфіравай падкладцы з выкарыстаннем метаду MOCVD. Эпітаксіяльны пласт складаўся з буфернага пласта GaN таўшчынёй 20 нм, вырашчанага пры нізкіх тэмпературах, і пласта GaN, вырашчанага пры высокіх тэмпературах. Затым пры тэмпературы 430℃ на паверхню эпітаксіяльнага пласта быў нанесены пласт SiO2, і на плёнцы SiO2 з дапамогай фоталітаграфіі былі зроблены палоскі вокнаў. Адлегласць паміж палоскамі складала 7 мкм, а шырыня маскі вагалася ад 1 мкм да 4 мкм. Пасля гэтага ўдасканалення яны атрымалі эпітаксіяльны пласт GaN на сапфіравай падкладцы дыяметрам 2 цалі, які быў без расколін і гладкі, як люстэрка, нават пры павелічэнні таўшчыні да дзясяткаў ці нават соцень мікронаў. Шчыльнасць дэфектаў знізілася з 109-1010 см⁻² традыцыйнага метаду HVPE да прыкладна 6×107 см⁻². Яны таксама адзначылі ў эксперыменце, што калі хуткасць росту перавышае 75 мкм/г, паверхня ўзору становіцца шурпатай [8].
Малюнак 6. Графічная схема падкладкі
V. Рэзюмэ і перспектывы
Матэрыялы на аснове GaN пачалі з'яўляцца ў 2014 годзе, калі сіні святлодыёд атрымаў Нобелеўскую прэмію па фізіцы, і ўвайшоў у сферу прымянення хуткай зарадкі ў галіне бытавой электронікі. Фактычна, таксама ціха з'явіліся прымяненні ва ўзмацняльніках магутнасці і радыёчастотных прыладах, якія выкарыстоўваюцца ў базавых станцыях 5G, якія большасць людзей не бачаць. У апошнія гады чакаецца, што прарыў у аўтамабільных сілавых прыладах на аснове GaN адкрые новыя кропкі росту для рынку прымянення матэрыялаў GaN.
Велізарны рынкавы попыт, несумненна, будзе спрыяць развіццю галін і тэхналогій, звязаных з GaN. Па меры развіцця і ўдасканалення прамысловага ланцужка, звязанага з GaN, праблемы, з якімі сутыкаецца сучасная эпітаксіяльная тэхналогія GaN, у рэшце рэшт будуць палепшаны або пераадолены. У будучыні людзі, несумненна, распрацуюць больш новых эпітаксіяльных тэхналогій і больш выдатных варыянтаў падкладак. Да таго часу людзі змогуць выбіраць найбольш прыдатную знешнюю тэхналогію даследаванняў і падкладку для розных сцэнарыяў прымянення ў адпаведнасці з характарыстыкамі сцэнарыяў прымянення і вырабляць найбольш канкурэнтаздольныя прадукты на заказ.
Час публікацыі: 28 чэрвеня 2024 г.