2. Geruza mehe epitaxialaren hazkundea
Substratuak Ga2O3 potentzia-gailuentzako euskarri fisikoaren geruza edo eroale-geruza eskaintzen du. Hurrengo geruza garrantzitsua kanal-geruza edo epitaxial-geruza da, tentsio-erresistentziarako eta eramaileen garraiorako erabiltzen dena. Matxura-tentsioa handitzeko eta eroapen-erresistentzia minimizatzeko, lodiera kontrolagarria eta dopaje-kontzentrazioa, baita materialaren kalitate optimoa ere, dira aurrebaldintza batzuk. Kalitate handiko Ga2O3 epitaxial-geruzak normalean molekula-izpien epitaxia (MBE), metal-organiko kimiko-lurrun bidezko deposizioa (MOCVD), haluro-lurrun bidezko deposizioa (HVPE), pultsu-laser bidezko deposizioa (PLD) eta laino-CVD oinarritutako deposizio-teknikak erabiliz metatzen dira.
2. taula Epitaxial teknologia adierazgarri batzuk
2.1 MBE metodoa
MBE teknologia ezaguna da kalitate handiko β-Ga2O3 film akatsik gabekoak hazteko duen gaitasunagatik, n motako dopaketa kontrolagarriarekin, bere hutsune ultra-altuko inguruneari eta materialaren purutasun handiari esker. Ondorioz, β-Ga2O3 film meheen deposizio-teknologia aztertuenetako eta potentzialki merkaturatuenetako bat bihurtu da. Horrez gain, MBE metodoak kalitate handiko β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 film mehe heterostrukturako geruza bat ere prestatu zuen arrakastaz. MBEk gainazalaren egitura eta morfologia denbora errealean monitoriza ditzake geruza atomikoaren zehaztasunarekin, islapen-energia handiko elektroien difrakzioa (RHEED) erabiliz. Hala ere, MBE teknologia erabiliz hazitako β-Ga2O3 filmeek oraindik erronka asko dituzte, hala nola hazkunde-tasa baxua eta filmaren tamaina txikia. Ikerketak aurkitu zuen hazkunde-tasa (010)>(001)>(−201)>(100) ordenakoa zela. 650 eta 750 °C-ko Ga aberatseko baldintzetan, β-Ga2O3-k (010) hazkuntza optimoa erakusten du gainazal leun eta hazkuntza-tasa handi batekin. Metodo hau erabiliz, β-Ga2O3 epitaxia lortu zen arrakastaz 0,1 nm-ko RMS zimurtasunarekin. β-Ga2O3 Ga aberatseko ingurune batean, tenperatura desberdinetan hazitako MBE filmak irudian ageri dira. Novel Crystal Technology Inc.-ek 10 × 15 mm2-ko β-Ga2O3MBE obleak ekoitzi ditu epitaxialki. Kalitate handiko (010) orientatutako β-Ga2O3 kristal bakarreko substratuak eskaintzen dituzte, 500 μm-ko lodierarekin eta 150 arku segundotik beherako XRD FWHM-arekin. Substratua Sn edo Fe dopatuta dago. Sn dopatutako substratu eroaleak 1E18 eta 9E18cm−3 arteko dopatze-kontzentrazioa du, eta burdinaz dopatutako substratu erdi-isolatzaileak, berriz, 10E10 Ω cm baino erresistentzia handiagoa du.
2.2 MOCVD metodoa
MOCVD-k konposatu metal-organikoak erabiltzen ditu film meheak hazteko aitzindari gisa, eta horrela ekoizpen komertzial handia lortzen da. Ga2O3 MOCVD metodoa erabiliz haztean, trimetilgalioa (TMGa), trietilgalioa (TEGa) eta Ga (dipentil glikol formiatoa) erabiltzen dira normalean Ga iturri gisa, eta H2O, O2 edo N2O oxigeno iturri gisa. Metodo hau erabiliz hazteko, tenperatura altuak behar dira normalean (>800 °C). Teknologia honek eramaile-kontzentrazio baxua eta tenperatura altuko eta baxuko elektroi-mugikortasuna lortzeko ahalmena du, beraz, oso garrantzitsua da errendimendu handiko β-Ga2O3 potentzia-gailuak gauzatzeko. MBE hazkuntza-metodoarekin alderatuta, MOCVD-k β-Ga2O3 filmen hazkunde-tasa oso altuak lortzeko abantaila du, tenperatura altuko hazkuntzaren eta erreakzio kimikoen ezaugarriengatik.
7. irudia β-Ga2O3 (010) AFM irudia
8. irudia β-Ga2O3 Hall-ek neurtutako μ eta xafla-erresistentziaren arteko erlazioa eta tenperatura
2.3 HVPE metodoa
HVPE epitaxial teknologia heldua da eta III-V konposatu erdieroaleen hazkuntza epitaxialean asko erabili izan da. HVPE bere ekoizpen-kostu baxuagatik, hazkunde-tasa azkarragatik eta film-lodiera handiagatik da ezaguna. Kontuan izan behar da HVPEβ-Ga2O3-k normalean gainazal-morfologia zakarra eta gainazaleko akatsen eta zuloen dentsitate handia erakusten duela. Beraz, leuntze-prozesu kimiko eta mekanikoak behar dira gailua fabrikatu aurretik. β-Ga2O3 epitaxiarako HVPE teknologiak normalean GaCl eta O2 gaseosoak erabiltzen ditu aitzindari gisa (001) β-Ga2O3 matrizearen tenperatura altuko erreakzioa sustatzeko. 9. irudiak film epitaxialaren gainazalaren egoera eta hazkunde-tasa erakusten ditu tenperaturaren arabera. Azken urteotan, Japoniako Novel Crystal Technology Inc.-ek arrakasta komertzial handia lortu du HVPE β-Ga2O3 homoepitaxialean, 5 eta 10 μm arteko geruza epitaxialen lodierarekin eta 2 eta 4 hazbeteko obleen tamainekin. Horrez gain, China Electronics Technology Group Corporation-ek ekoitzitako 20 μm-ko lodierako HVPE β-Ga2O3 homoepitaxial obleak ere merkaturatze fasean sartu dira.
9. irudia HVPE metodoa β-Ga2O3
2.4 PLD metodoa
PLD teknologia batez ere oxidozko film konplexuak eta heteroegitura metatzeko erabiltzen da. PLD hazkuntza-prozesuan, fotoi-energia helburu-materialari akoplatzen zaio elektroi-igorpen prozesuaren bidez. MBE-rekin alderatuta, PLD iturri-partikulak energia oso handiko (>100 eV) laser erradiazioaren bidez sortzen dira eta ondoren substratu berotu batean metatzen dira. Hala ere, ablazio-prozesuan, energia handiko partikula batzuek zuzenean eragingo dute materialaren gainazalean, akats puntualak sortuz eta, beraz, filmaren kalitatea murriztuz. MBE metodoaren antzera, RHEED erabil daiteke materialaren gainazaleko egitura eta morfologia denbora errealean kontrolatzeko PLD β-Ga2O3 metatze-prozesuan zehar, ikertzaileei hazkuntza-informazioa zehatz-mehatz lortzeko aukera emanez. PLD metodoak β-Ga2O3 film eroale osoak haztea espero da, Ga2O3 potentzia-gailuetan kontaktu ohmikoen irtenbide optimizatua bihurtuz.
10. irudia Siz dopatutako Ga2O3-ren AFM irudia
2.5 MIST-CVD metodoa
MIST-CVD film meheen hazkuntza-teknologia nahiko sinplea eta kostu-eraginkorra da. CVD metodo honek substratu baten gainean atomizatutako aitzindari bat ihinztatzeko erreakzioa dakar, film mehearen deposizioa lortzeko. Hala ere, orain arte, laino-CVD erabiliz hazitako Ga2O3-ak oraindik ez ditu propietate elektriko onak, eta horrek etorkizunean hobekuntza eta optimizaziorako tarte handia uzten du.
Argitaratze data: 2024ko maiatzaren 30a