מבוא קצר לטכנולוגיה אפיטקסיאלית קשורה של GaN למחצה מדור שלישי

1. מוליכים למחצה דור שלישי

טכנולוגיית המוליכים למחצה מהדור הראשון פותחה על בסיס חומרים מוליכים למחצה כמו סיליקון וגליל. זהו הבסיס החומרי לפיתוח טרנזיסטורים וטכנולוגיית מעגלים משולבים. חומרי המוליכים למחצה מהדור הראשון הניחו את היסודות לתעשיית האלקטרוניקה במאה ה-20 והם החומרים הבסיסיים לטכנולוגיית מעגלים משולבים.

חומרי המוליכים למחצה מהדור השני כוללים בעיקר גליום ארסניד, אינדיום פוספיד, גליום פוספיד, אינדיום ארסניד, אלומיניום ארסניד ותרכובותיהם הטרנריות. חומרי המוליכים למחצה מהדור השני הם הבסיס לתעשיית המידע האופטואלקטרונית. על בסיס זה פותחו תעשיות קשורות כגון תאורה, תצוגה, לייזר ופוטו-וולטאית. הם נמצאים בשימוש נרחב בתעשיות טכנולוגיית המידע והתצוגה האופטואלקטרונית העכשוויות.

חומרים מייצגים של חומרי מוליכים למחצה מהדור השלישי כוללים גליום ניטריד וסיליקון קרביד. בשל פער הפס הרחב שלהם, מהירות סחיפה גבוהה של רוויון אלקטרונים, מוליכות תרמית גבוהה ועוצמת שדה פריצה גבוהה, הם חומרים אידיאליים להכנת התקנים אלקטרוניים בעלי צפיפות הספק גבוהה, תדר גבוה והפסדים נמוכים. ביניהם, להתקני כוח מסיליקון קרביד יש יתרונות של צפיפות אנרגיה גבוהה, צריכת אנרגיה נמוכה וגודל קטן, ויש להם פוטנציאל יישום רחב ברכבי אנרגיה חדשים, פוטו-וולטאית, תחבורה רכבתית, ביג דאטה ותחומים אחרים. להתקני RF מסיליקון ניטריד יש יתרונות של תדר גבוה, הספק גבוה, רוחב פס רחב, צריכת חשמל נמוכה וגודל קטן, ויש להם פוטנציאל יישום רחב בתקשורת 5G, האינטרנט של הדברים, מכ"ם צבאי ותחומים אחרים. בנוסף, התקני כוח מבוססי גליום ניטריד נמצאים בשימוש נרחב בתחום המתח הנמוך. בנוסף, בשנים האחרונות, חומרי תחמוצת גליום מתפתחים צפויים ליצור השלמה טכנית עם טכנולוגיות SiC ו-GaN קיימות, ויש להם פוטנציאל יישום בתחומי התדר הנמוך והמתח הגבוה.

בהשוואה לחומרי מוליכים למחצה מהדור השני, לחומרי מוליכים למחצה מהדור השלישי יש רוחב פער אנרגיה רחב יותר (רוחב פער האנרגיה של Si, חומר טיפוסי של חומר מוליכים למחצה מהדור הראשון, הוא כ-1.1eV, רוחב פער האנרגיה של GaAs, חומר טיפוסי של חומר מוליכים למחצה מהדור השני, הוא כ-1.42eV, ורוחב פער האנרגיה של GaN, חומר טיפוסי של חומר מוליכים למחצה מהדור השלישי, הוא מעל 2.3eV), עמידות גבוהה יותר לקרינה, עמידות חזקה יותר לקרינת שדה חשמלי ועמידות גבוהה יותר לטמפרטורה. חומרי מוליכים למחצה מהדור השלישי בעלי רוחב פער אנרגיה רחב יותר מתאימים במיוחד לייצור התקנים אלקטרוניים עמידים לקרינה, בתדר גבוה, בהספק גבוה ובצפיפות אינטגרציה גבוהה. יישומיהם בהתקני תדר רדיו מיקרוגל, נוריות LED, לייזרים, התקני הספק ותחומים אחרים משכו תשומת לב רבה, והם הראו סיכויי פיתוח רחבים בתקשורת סלולרית, רשתות חכמות, תחבורה רכבתית, כלי רכב לאנרגיה חדשה, מוצרי אלקטרוניקה צרכנית והתקני אור אולטרה סגול וכחול-ירוק [1].

מקור תמונה: CASA, מכון המחקר לניירות ערך ז'שאנג

איור 1 סולם זמן ותחזית של התקן הספקת GaN

מבנה ומאפייני חומר GaN II

GaN הוא מוליך למחצה בעל פער אנרגיה ישיר. רוחב פער האנרגיה של מבנה הוורציט בטמפרטורת החדר הוא כ-3.26 eV. לחומרי GaN שלושה מבני גביש עיקריים, כלומר מבנה וורציט, מבנה ספלריט ומבנה מלח סלעים. ביניהם, מבנה הוורציט הוא מבנה הגביש היציב ביותר. איור 2 הוא תרשים של מבנה הוורציט המשושה של GaN. מבנה הוורציט של חומר GaN שייך למבנה צפוף-ארוז משושה. לכל תא יחידה יש ​​12 אטומים, כולל 6 אטומי N ו-6 אטומי Ga. כל אטום Ga (N) יוצר קשר עם 4 אטומי ה-N (Ga) הקרובים ביותר ומעורב בסדר ABABAB… לאורך כיוון [0001] [2].

איור 2 דיאגרמת גביש GaN של מבנה וורציט

III מצעים נפוצים לאפיטקסיה של GaN

נראה כי אפיטקסיה הומוגנית על מצעים של GaN היא הבחירה הטובה ביותר לאפיטקסיה של GaN. עם זאת, בשל אנרגיית הקשר הגדולה של GaN, כאשר הטמפרטורה מגיעה לנקודת התכה של 2500 מעלות צלזיוס, לחץ הפירוק המתאים שלו הוא כ-4.5 ג'פסקל. כאשר לחץ הפירוק נמוך מלחץ זה, GaN אינו נמס אלא מתפרק ישירות. זה הופך טכנולוגיות הכנת מצעים בוגרות כמו שיטת צ'וכרלסקי ללא מתאימות להכנת מצעים של גביש יחיד של GaN, מה שהופך מצעים של GaN לקשים לייצור המוני ויקרים. לכן, המצעים הנפוצים בגידול אפיטקסיאלי של GaN הם בעיקר Si, SiC, ספיר וכו' [3].

תרשים 3 GaN ופרמטרים של חומרי מצע נפוצים

אפיטקסיה של GaN על ספיר

לספיר תכונות כימיות יציבות, הוא זול, ובעל בגרות גבוהה בתעשיית ייצור בקנה מידה גדול. לכן, הוא הפך לאחד מחומרי המצע המוקדמים והנפוצים ביותר בהנדסת התקני מוליכים למחצה. כאחד המצעים הנפוצים לאפיטקסיה של GaN, הבעיות העיקריות שיש לפתור עבור מצעי ספיר הן:

✔ עקב אי-ההתאמה הגדולה בסריג בין ספיר (Al2O3) ל-GaN (כ-15%), צפיפות הפגמים בממשק שבין השכבה האפיטקסיאלית למצע גבוהה מאוד. על מנת להפחית את השפעותיו השליליות, יש לעבור טיפול מקדים מורכב על המצע לפני תחילת תהליך האפיטקסיה. לפני גידול אפיטקסיה של GaN על מצעי ספיר, יש לנקות תחילה את פני המצע בקפדנות כדי להסיר מזהמים, נזקי ליטוש שיוריים וכו', וליצור מדרגות ומבני פני מדרגות. לאחר מכן, פני המצע עוברים ניטרידים כדי לשנות את תכונות ההרטבה של השכבה האפיטקסיאלית. לבסוף, יש להניח שכבת חיץ דקה של AlN (בדרך כלל בעובי 10-100 ננומטר) על פני המצע ולחשל אותה בטמפרטורה נמוכה כדי להתכונן לגידול האפיטקסיאלי הסופי. אף על פי כן, צפיפות הנקע בסרטי GaN אפיטקסיאליים שגדלו על מצעי ספיר עדיין גבוהה מזו של סרטים הומואפיטקסיאליים (כ-1010 סמ"ר-2, בהשוואה לצפיפות נקע כמעט אפס בסרטי סיליקון הומואפיטקסיאליים או סרטי גליום ארסניד הומואפיטקסיאליים, או בין 102 ל-104 סמ"ר-2). צפיפות הפגמים הגבוהה יותר מפחיתה את ניידות הנושא, ובכך מקצרת את חיי הנושא של המיעוט ומפחיתה את המוליכות התרמית, שכולם יפחיתו את ביצועי המכשיר [4];

✔ מקדם ההתפשטות התרמית של ספיר גדול מזה של GaN, כך שייווצר מאמץ דחיסה דו-צירי בשכבה האפיטקסיאלית במהלך תהליך הקירור מטמפרטורת השיקוע לטמפרטורת החדר. עבור סרטים אפיטקסיאליים עבים יותר, מאמץ זה עלול לגרום לסדיקה של הסרט או אפילו של המצע;

✔ בהשוואה למצעים אחרים, המוליכות התרמית של מצעי ספיר נמוכה יותר (כ-0.25W*cm-1*K-1 ב-100℃), וביצועי פיזור החום ירודים;

✔ בשל המוליכות הירודה שלהם, מצעי ספיר אינם מתאימים לשילוב ויישום עם התקני מוליכים למחצה אחרים.

למרות שצפיפות הפגמים של שכבות אפיטקסיאליות GaN הגדלות על מצעי ספיר גבוהה, נראה שהיא לא מפחיתה באופן משמעותי את הביצועים האופטואלקטרוניים של נוריות LED כחולות-ירוקות מבוססות GaN, כך שמצעי ספיר עדיין משמשים בדרך כלל עבור נוריות LED מבוססות GaN.

עם פיתוח יישומים חדשים נוספים של התקני GaN כגון לייזרים או התקני הספק אחרים בעלי צפיפות גבוהה, הפגמים הטבועים במצעי ספיר הפכו יותר ויותר למגבלות על יישומם. בנוסף, עם פיתוח טכנולוגיית גידול מצעי SiC, הפחתת עלויות והבשלה של טכנולוגיית האפיטקסיאלית של GaN על מצעי Si, מחקרים נוספים על גידול שכבות אפיטקסיאליות של GaN על מצעי ספיר הראו בהדרגה מגמת התקררות.

אפיטקסיה של GaN על SiC

בהשוואה לספיר, למצעי SiC (גבישי 4H ו-6H) יש אי-התאמה קטנה יותר בסריג עם שכבות אפיטקסיאליות של GaN (3.1%, שווה ערך לסרטים אפיטקסיאליים בעלי אוריינטציה [0001], מוליכות תרמית גבוהה יותר (כ-3.8W*cm-1*K-1), וכו'. בנוסף, המוליכות של מצעי SiC מאפשרת גם יצירת מגעים חשמליים בגב המצע, מה שעוזר לפשט את מבנה המכשיר. קיומם של יתרונות אלה משך יותר ויותר חוקרים לעבוד על אפיטקסיית GaN על מצעי סיליקון קרביד.

עם זאת, עבודה ישירה על מצעי SiC כדי למנוע גידול של שכבות GaN כרוכה גם בשורה של חסרונות, ביניהם:

✔ חספוס פני השטח של מצעי SiC גבוה בהרבה מזה של מצעי ספיר (חספוס ספיר 0.1 ננומטר RMS, חספוס SiC 1 ננומטר RMS), למצעי SiC קשיות גבוהה וביצועי עיבוד ירודים, וחספוס זה ונזקי ליטוש שיוריים הם גם אחד המקורות לפגמים בשכבות GaN.

✔ צפיפות תזוזת הבורג של מצעי SiC גבוהה (צפיפות תזוזת 103-104cm-2), תזוזות בורג עלולות להתפשט לאפישכבת GaN ולהפחית את ביצועי המכשיר;

✔ הסידור האטומי על פני המצע גורם להיווצרות תקלות ערימה (BSFs) באפישכבת ה-GaN. עבור GaN אפיטקסיאלי על מצעי SiC, ישנם מספר סדרי סידור אטומיים אפשריים על המצע, וכתוצאה מכך סדר ערימה אטומי התחלתי לא עקבי של שכבת ה-GaN האפיטקסיאלית עליו, אשר נוטה לפגמי ערימה. תקלות ערימה (SFs) מחדירות שדות חשמליים מובנים לאורך ציר c, מה שמוביל לבעיות כגון דליפה של התקני הפרדת נושאי מטען במישור;

✔ מקדם ההתפשטות התרמית של מצע SiC קטן יותר מזה של AlN ו-GaN, מה שגורם להצטברות מאמץ תרמי בין השכבה האפיטקסיאלית למצע במהלך תהליך הקירור. וולרייט וברנד ניבאו, בהתבסס על תוצאות מחקרם, כי ניתן להקל או לפתור בעיה זו על ידי גידול שכבות אפיטקסיאליות של GaN על שכבות נוקלאציה דקות של AlN, המתוחות באופן קוהרנטי;

✔ בעיית הרטיבות ירודה של אטומי Ga. כאשר מגדלים שכבות אפיטקסיאליות של GaN ישירות על פני השטח של SiC, עקב הרטיבות הירודה בין שני האטומים, GaN נוטה לצמיחה תלת-ממדית של איים על פני השטח של המצע. הכנסת שכבת חיץ היא הפתרון הנפוץ ביותר לשיפור איכות החומרים האפיטקסיאליים באפיטקסיה של GaN. הכנסת שכבת חיץ של AlN או AlxGa1-xN יכולה לשפר ביעילות את הרטיבות של פני השטח של SiC ולגרום לשכבה האפיטקסיאלית של GaN לגדול בשני ממדים. בנוסף, היא יכולה גם לווסת מאמץ ולמנוע פגמים במצע מלהתפשט לאפיטקסיה של GaN;

✔ טכנולוגיית ההכנה של מצעי SiC אינה בשלה, עלות המצע גבוהה, וישנם מעט ספקים והיצע מועט.

מחקרם של טורס ועמיתיו מראה כי איכול מצע SiC עם H2 בטמפרטורה גבוהה (1600°C) לפני האפיטקסיה יכול לייצר מבנה מדורג מסודר יותר על פני המצע, ובכך להשיג שכבה אפיטקסיאלית של AlN באיכות גבוהה יותר מאשר כאשר היא מגודלת ישירות על פני המצע המקוריים. מחקרם של שיה וצוותו מראה גם כי טיפול מקדים באיכול של מצע סיליקון קרביד יכול לשפר משמעותית את מורפולוגיית פני השטח ואת איכות הגביש של שכבת האפיטקסיה של GaN. סמית ועמיתיו מצאו כי תזוזות הברגה שמקורן בממשקי המצע/שכבת החיץ ושכבת החיץ/שכבת האפיטקסיה קשורות לשטיחות המצע [5].

איור 4 מורפולוגיה של TEM של דגימות שכבה אפיטקסיאלית של GaN שגודלו על מצע 6H-SiC (0001) בתנאי טיפול שונים במשטח (א) ניקוי כימי; (ב) ניקוי כימי + טיפול בפלזמת מימן; (ג) ניקוי כימי + טיפול בפלזמת מימן + טיפול בחום מימן ב-1300°C למשך 30 דקות

אפיטקסיה של GaN על סיליקה

בהשוואה לסיליקון קרביד, ספיר ומצעים אחרים, תהליך הכנת מצע הסיליקון בוגר, והוא יכול לספק ביציבות מצעים גדולים בוגרים עם ביצועי עלות גבוהים. יחד עם זאת, המוליכות התרמית והמוליכות החשמלית טובות, ותהליך הכנת התקנים אלקטרוניים מסיליקון בוגר. האפשרות לשלב באופן מושלם התקני GaN אופטואלקטרוניים עם התקני אלקטרוניים מסיליקון בעתיד הופכת גם את הצמיחה של אפיטקסיה של GaN על סיליקון לאטרקטיבית מאוד.

עם זאת, עקב ההבדל הגדול בקבועי הסריג בין מצע Si לחומר GaN, אפיטקסיה הטרוגנית של GaN על מצע Si היא אפיטקסיה אופיינית לאפיטקסיה גדולה של אי-התאמה, והיא צריכה להתמודד גם עם סדרה של בעיות:

✔ בעיית אנרגיית ממשק פני השטח. כאשר GaN גדל על מצע סיליקון, פני השטח של מצע ה-Si יעברו תחילה ניטרידציה ליצירת שכבת סיליקון ניטריד אמורפית שאינה תורמת להתגרענות ולצמיחה של GaN בצפיפות גבוהה. בנוסף, פני השטח של ה-Si יבואו במגע תחילה עם Ga, מה שיגרום לקורוזיה על פני השטח של מצע ה-Si. בטמפרטורות גבוהות, הפירוק של פני השטח של ה-Si יתפזר לתוך השכבה האפיטקסיאלית של GaN ויווצר כתמי סיליקון שחורים.

✔ אי-ההתאמה בקבוע הסריג בין GaN ל-Si גדולה (~17%), מה שיוביל להיווצרות של נקעים בצפיפות גבוהה של הברגה ויפחית משמעותית את איכות השכבה האפיטקסיאלית;

✔ בהשוואה לסיליקון, ל-GaN מקדם התפשטות תרמית גדול יותר (מקדם ההתפשטות התרמית של GaN הוא כ-5.6×10⁻⁶K⁻¹, מקדם ההתפשטות התרמית של סיליקון הוא כ-2.6×10⁻⁶K⁻¹), וסדקים עשויים להיווצר בשכבה האפיטקסיאלית של GaN במהלך קירור הטמפרטורה האפיטקסיאלית לטמפרטורת החדר;

✔ Si מגיב עם NH3 בטמפרטורות גבוהות ליצירת SiNx רב-גבישי. AlN אינו יכול ליצור גרעין בעל אוריינטציה מועדפת על SiNx רב-גבישי, מה שמוביל לאוריינטציה לא מסודרת של שכבת GaN שגדלה לאחר מכן ולמספר רב של פגמים, וכתוצאה מכך איכות גביש ירודה של שכבת GaN אפיטקסיאלית, ואף קושי ביצירת שכבת GaN אפיטקסיאלית חד-גבישית [6].

על מנת לפתור את בעיית אי-ההתאמה הגדולה בסריג, חוקרים ניסו להכניס חומרים כגון AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO ו-SiC כשכבות חיץ על מצעי סיליקון. על מנת למנוע היווצרות SiNx רב-גבישי ולהפחית את השפעותיו השליליות על איכות הגביש של חומרי GaN/AlN/Si (111), בדרך כלל נדרש להכניס TMAl למשך פרק זמן מסוים לפני הצמיחה האפיטקסיאלית של שכבת החיץ של AlN כדי למנוע מ-NH3 להגיב עם משטח ה-Si החשוף ליצירת SiNx. בנוסף, ניתן להשתמש בטכנולוגיות אפיטקסיאליות כגון טכנולוגיית מצעים בדוגמא כדי לשפר את איכות השכבה האפיטקסיאלית. פיתוח טכנולוגיות אלו מסייע לעכב את היווצרות SiNx בממשק האפיטקסיאלי, לקדם את הצמיחה הדו-ממדית של שכבת האפיטקסיאלית של GaN ולשפר את איכות הצמיחה של שכבת האפיטקסיאלית. בנוסף, מכניסים שכבת חיץ של AlN כדי לפצות על מאמץ המתיחה הנגרם מההבדל במקדמי ההתפשטות התרמית כדי למנוע סדקים בשכבת האפיטקסיאלית של GaN על מצע הסיליקון. מחקרו של קרוסט מראה כי קיים מתאם חיובי בין עובי שכבת הבופר של AlN לבין הפחתת העומס. כאשר עובי שכבת הבופר מגיע ל-12 ננומטר, ניתן לגדל שכבה אפיטקסיאלית עבה מ-6 מיקרומטר על מצע סיליקון באמצעות תכנית גידול מתאימה ללא סדקים בשכבה האפיטקסיאלית.

לאחר מאמצים ארוכי טווח של חוקרים, איכות השכבות האפיטקסיאליות של GaN שגודלו על מצעי סיליקון שופרה משמעותית, והתקנים כגון טרנזיסטורי אפקט שדה, גלאי אולטרה סגול של מחסום שוטקי, נוריות LED כחולות-ירוקות ולייזרים אולטרה סגולים עשו התקדמות משמעותית.

לסיכום, מכיוון שכל מצעי GaN האפיטקסיאליים הנפוצים הם אפיטקסיאליים הטרוגניים, כולם מתמודדים עם בעיות נפוצות כגון אי התאמה בסריג והבדלים גדולים במקדמי התפשטות תרמית בדרגות שונות. מצעי GaN אפיטקסיאליים הומוגניים מוגבלים על ידי בגרות הטכנולוגיה, והמצעים טרם יוצרו בהמוניהם. עלות הייצור גבוהה, גודל המצע קטן ואיכות המצע אינה אידיאלית. פיתוח מצעי GaN אפיטקסיאליים חדשים ושיפור האיכות האפיטקסיאלית הם עדיין אחד הגורמים החשובים המגבילים את המשך התפתחותה של תעשיית GaN האפיטקסיאלית.

IV. שיטות נפוצות לאפיטקסיה של GaN

MOCVD (שקיעת אדים כימית)

נראה כי אפיטקסיה הומוגנית על מצעי GaN היא הבחירה הטובה ביותר לאפיטקסיה של GaN. עם זאת, מכיוון שהחומרים המקדימים לשקיעת אדים כימית הם טרימתילגליום ואמוניה, וגז הנשא הוא מימן, טמפרטורת הגידול האופיינית של MOCVD היא כ-1000-1100 ℃, וקצב הגידול של MOCVD הוא ככמה מיקרונים לשעה. הוא יכול לייצר ממשקים תלולים ברמה האטומית, דבר המתאים מאוד לגידול הטרוצומת, בארות קוונטיות, סופר-סריגים ומבנים אחרים. קצב הגידול המהיר שלו, האחידות הטובה והתאמתו לגידול בשטחים גדולים ובמקטעים מרובים משמשים לעתים קרובות בייצור תעשייתי.
MBE (אפיטקסיה של קרן מולקולרית)
באפיטקסיה של קרן מולקולרית, Ga משתמש במקור אלמנטרי, וחנקן פעיל מתקבל מחנקן דרך פלזמה של RF. בהשוואה לשיטת MOCVD, טמפרטורת הגידול של MBE נמוכה בכ-350-400 מעלות צלזיוס. טמפרטורת הגידול הנמוכה יותר יכולה למנוע זיהום מסוים שעלול להיגרם מסביבות טמפרטורה גבוהה. מערכת MBE פועלת תחת ואקום גבוה במיוחד, המאפשר לה לשלב יותר שיטות גילוי באתר. יחד עם זאת, קצב הגידול ויכולת הייצור שלה אינם ניתנים להשוואה ל-MOCVD, והיא נמצאת בשימוש רב יותר במחקר מדעי [7].

איור 5 (א) סכימה של Eiko-MBE (ב) סכמטית חדר תגובה ראשי של MBE

שיטת HVPE (אפיטקסיה של פאזה אדים הידרידית)

קודמות שיטת האפיטקסיה של פאזה אדית הידרידית הן GaCl3 ו-NH3. דטצ'פרום ועמיתיו השתמשו בשיטה זו כדי לגדל שכבה אפיטקסיאלית של GaN בעובי של מאות מיקרונים על פני השטח של מצע ספיר. בניסוי שלהם, גודלה שכבה של ZnO בין מצע הספיר לשכבה האפיטקסיאלית כשכבת חיץ, והשכבה האפיטקסיאלית קולפה מפני השטח של המצע. בהשוואה ל-MOCVD ו-MBE, המאפיין העיקרי של שיטת HVPE הוא קצב הצמיחה הגבוה שלה, המתאים לייצור שכבות עבות וחומרים בתפזורת. עם זאת, כאשר עובי השכבה האפיטקסיאלית עולה על 20 מיקרומטר, השכבה האפיטקסיאלית המיוצרת בשיטה זו נוטה לסדקים.
חברת Akira USUI הציגה טכנולוגיית מצעים מדוגמת המבוססת על שיטה זו. תחילה הם גידלו שכבה אפיטקסיאלית דקה של GaN בעובי 1-1.5 מיקרון על מצע ספיר באמצעות שיטת MOCVD. השכבה האפיטקסיאלית הורכבה משכבת ​​חיץ GaN בעובי 20 ננומטר שגודלה בתנאי טמפרטורה נמוכים ושכבת GaN שגודלה בתנאי טמפרטורה גבוהים. לאחר מכן, בטמפרטורה של 430 מעלות צלזיוס, צופתה שכבה של SiO2 על פני השטח של השכבה האפיטקסיאלית, ופסי חלון נוצרו על סרט ה-SiO2 באמצעות פוטוליגרפיה. מרווח הפסים היה 7 מיקרון ורוחב המסכה נע בין 1 מיקרון ל-4 מיקרון. לאחר שיפור זה, הם השיגו שכבה אפיטקסיאלית של GaN על מצע ספיר בקוטר 2 אינץ' שהייתה נטולת סדקים וחלקה כמראה גם כאשר העובי גדל לעשרות או אפילו מאות מיקרון. צפיפות הפגמים הופחתה מ-109-1010 סמ"ר בשיטת HVPE המסורתית לכ-6×107 סמ"ר. הם גם ציינו בניסוי שכאשר קצב הצמיחה עולה על 75 מיקרומטר/שעה, פני השטח של הדגימה הופכים מחוספסים[8].

איור 6 סכמת מצע גרפית

ה. סיכום ותחזית

חומרי GaN החלו לצוץ בשנת 2014, כאשר נורת הלד הכחולה זכתה בפרס נובל לפיזיקה באותה שנה, ונכנסה לתחום הציבור של יישומי טעינה מהירה בתחום האלקטרוניקה הצרכנית. למעשה, גם יישומים במגברי הספק ומכשירי RF המשמשים בתחנות בסיס 5G שרוב האנשים אינם יכולים לראות צצו בשקט. בשנים האחרונות, פריצת הדרך של מכשירי הספק מבוססי GaN ברמת רכב צפויה לפתוח נקודות צמיחה חדשות עבור שוק יישומי חומרי GaN.
הביקוש העצום בשוק בוודאי יקדם את פיתוחן של תעשיות וטכנולוגיות הקשורות ל-GaN. עם הבשלות והשיפור של שרשרת התעשייה הקשורה ל-GaN, הבעיות העומדות בפני טכנולוגיית האפיטקסיה הנוכחית של GaN ישתפרו או יתגברו בסופו של דבר. בעתיד, אנשים בוודאי יפתחו טכנולוגיות אפיטקסיאליות חדשות יותר ואפשרויות מצעים מצוינות יותר. עד אז, אנשים יוכלו לבחור את טכנולוגיית המחקר החיצונית והמצע המתאימים ביותר עבור תרחישי יישום שונים בהתאם למאפייני תרחישי היישום, ולייצר את המוצרים המותאמים אישית התחרותיים ביותר.