ಮೂರನೇ ತಲೆಮಾರಿನ ಅರೆವಾಹಕ GaN ಮತ್ತು ಸಂಬಂಧಿತ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದ ಸಂಕ್ಷಿಪ್ತ ಪರಿಚಯ

1. ಮೂರನೇ ತಲೆಮಾರಿನ ಅರೆವಾಹಕಗಳು

ಮೊದಲ ತಲೆಮಾರಿನ ಅರೆವಾಹಕ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವನ್ನು Si ಮತ್ತು Ge ನಂತಹ ಅರೆವಾಹಕ ವಸ್ತುಗಳ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಲಾಗಿದೆ. ಇದು ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಇಂಟಿಗ್ರೇಟೆಡ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಗೆ ವಸ್ತು ಆಧಾರವಾಗಿದೆ. ಮೊದಲ ತಲೆಮಾರಿನ ಅರೆವಾಹಕ ವಸ್ತುಗಳು 20 ನೇ ಶತಮಾನದಲ್ಲಿ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಉದ್ಯಮಕ್ಕೆ ಅಡಿಪಾಯ ಹಾಕಿದವು ಮತ್ತು ಇಂಟಿಗ್ರೇಟೆಡ್ ಸರ್ಕ್ಯೂಟ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಕ್ಕೆ ಮೂಲ ವಸ್ತುಗಳಾಗಿವೆ.

ಎರಡನೇ ತಲೆಮಾರಿನ ಅರೆವಾಹಕ ವಸ್ತುಗಳಲ್ಲಿ ಮುಖ್ಯವಾಗಿ ಗ್ಯಾಲಿಯಮ್ ಆರ್ಸೆನೈಡ್, ಇಂಡಿಯಮ್ ಫಾಸ್ಫೈಡ್, ಗ್ಯಾಲಿಯಮ್ ಫಾಸ್ಫೈಡ್, ಇಂಡಿಯಮ್ ಆರ್ಸೆನೈಡ್, ಅಲ್ಯೂಮಿನಿಯಂ ಆರ್ಸೆನೈಡ್ ಮತ್ತು ಅವುಗಳ ತ್ರಯಾತ್ಮಕ ಸಂಯುಕ್ತಗಳು ಸೇರಿವೆ. ಎರಡನೇ ತಲೆಮಾರಿನ ಅರೆವಾಹಕ ವಸ್ತುಗಳು ಆಪ್ಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಮಾಹಿತಿ ಉದ್ಯಮದ ಅಡಿಪಾಯವಾಗಿದೆ. ಈ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ, ಬೆಳಕು, ಪ್ರದರ್ಶನ, ಲೇಸರ್ ಮತ್ತು ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕಗಳಂತಹ ಸಂಬಂಧಿತ ಕೈಗಾರಿಕೆಗಳನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸಲಾಗಿದೆ. ಅವುಗಳನ್ನು ಸಮಕಾಲೀನ ಮಾಹಿತಿ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ ಮತ್ತು ಆಪ್ಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಪ್ರದರ್ಶನ ಉದ್ಯಮಗಳಲ್ಲಿ ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಮೂರನೇ ತಲೆಮಾರಿನ ಅರೆವಾಹಕ ವಸ್ತುಗಳ ಪ್ರತಿನಿಧಿ ವಸ್ತುಗಳಲ್ಲಿ ಗ್ಯಾಲಿಯಮ್ ನೈಟ್ರೈಡ್ ಮತ್ತು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ಸೇರಿವೆ. ಅವುಗಳ ವಿಶಾಲ ಬ್ಯಾಂಡ್ ಅಂತರ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್ ಸ್ಯಾಚುರೇಶನ್ ಡ್ರಿಫ್ಟ್ ವೇಗ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಉಷ್ಣ ವಾಹಕತೆ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ಸ್ಥಗಿತ ಕ್ಷೇತ್ರ ಬಲದಿಂದಾಗಿ, ಅವು ಹೆಚ್ಚಿನ-ಶಕ್ತಿ ಸಾಂದ್ರತೆ, ಹೆಚ್ಚಿನ-ಆವರ್ತನ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ-ನಷ್ಟದ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಸಾಧನಗಳನ್ನು ತಯಾರಿಸಲು ಸೂಕ್ತವಾದ ವಸ್ತುಗಳಾಗಿವೆ. ಅವುಗಳಲ್ಲಿ, ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಧನಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿಯ ಸಾಂದ್ರತೆ, ಕಡಿಮೆ ಶಕ್ತಿಯ ಬಳಕೆ ಮತ್ತು ಸಣ್ಣ ಗಾತ್ರದ ಅನುಕೂಲಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ ಮತ್ತು ಹೊಸ ಶಕ್ತಿ ವಾಹನಗಳು, ದ್ಯುತಿವಿದ್ಯುಜ್ಜನಕಗಳು, ರೈಲು ಸಾರಿಗೆ, ದೊಡ್ಡ ಡೇಟಾ ಮತ್ತು ಇತರ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ವಿಶಾಲವಾದ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್ ನಿರೀಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ. ಗ್ಯಾಲಿಯಮ್ ನೈಟ್ರೈಡ್ RF ಸಾಧನಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ ಆವರ್ತನ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿ, ವಿಶಾಲ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ವಿಡ್ತ್, ಕಡಿಮೆ ವಿದ್ಯುತ್ ಬಳಕೆ ಮತ್ತು ಸಣ್ಣ ಗಾತ್ರದ ಅನುಕೂಲಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ ಮತ್ತು 5G ಸಂವಹನಗಳು, ಇಂಟರ್ನೆಟ್ ಆಫ್ ಥಿಂಗ್ಸ್, ಮಿಲಿಟರಿ ರಾಡಾರ್ ಮತ್ತು ಇತರ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ವಿಶಾಲವಾದ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್ ನಿರೀಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಗ್ಯಾಲಿಯಮ್ ನೈಟ್ರೈಡ್-ಆಧಾರಿತ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಧನಗಳನ್ನು ಕಡಿಮೆ-ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತಿದೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಇತ್ತೀಚಿನ ವರ್ಷಗಳಲ್ಲಿ, ಉದಯೋನ್ಮುಖ ಗ್ಯಾಲಿಯಮ್ ಆಕ್ಸೈಡ್ ವಸ್ತುಗಳು ಅಸ್ತಿತ್ವದಲ್ಲಿರುವ SiC ಮತ್ತು GaN ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳೊಂದಿಗೆ ತಾಂತ್ರಿಕ ಪೂರಕತೆಯನ್ನು ರೂಪಿಸುವ ನಿರೀಕ್ಷೆಯಿದೆ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ-ಆವರ್ತನ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ-ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಸಂಭಾವ್ಯ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್ ನಿರೀಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ.

ಎರಡನೇ ತಲೆಮಾರಿನ ಅರೆವಾಹಕ ವಸ್ತುಗಳಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, ಮೂರನೇ ತಲೆಮಾರಿನ ಅರೆವಾಹಕ ವಸ್ತುಗಳು ವಿಶಾಲವಾದ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗ್ಯಾಪ್ ಅಗಲವನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ (ಮೊದಲ ತಲೆಮಾರಿನ ಅರೆವಾಹಕ ವಸ್ತುವಿನ ವಿಶಿಷ್ಟ ವಸ್ತುವಾದ Si ನ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗ್ಯಾಪ್ ಅಗಲ ಸುಮಾರು 1.1eV, ಎರಡನೇ ತಲೆಮಾರಿನ ಅರೆವಾಹಕ ವಸ್ತುವಿನ ವಿಶಿಷ್ಟ ವಸ್ತುವಾದ GaA ಗಳ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗ್ಯಾಪ್ ಅಗಲ ಸುಮಾರು 1.42eV, ಮತ್ತು ಮೂರನೇ ತಲೆಮಾರಿನ ಅರೆವಾಹಕ ವಸ್ತುವಿನ ವಿಶಿಷ್ಟ ವಸ್ತುವಾದ GaN ನ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗ್ಯಾಪ್ ಅಗಲ 2.3eV ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿದೆ), ಬಲವಾದ ವಿಕಿರಣ ಪ್ರತಿರೋಧ, ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರದ ಸ್ಥಗಿತಕ್ಕೆ ಬಲವಾದ ಪ್ರತಿರೋಧ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನ ಪ್ರತಿರೋಧ. ವಿಶಾಲವಾದ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗ್ಯಾಪ್ ಅಗಲವನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಮೂರನೇ ತಲೆಮಾರಿನ ಅರೆವಾಹಕ ವಸ್ತುಗಳು ವಿಕಿರಣ-ನಿರೋಧಕ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಆವರ್ತನ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ಏಕೀಕರಣ-ಸಾಂದ್ರತೆಯ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಸಾಧನಗಳ ಉತ್ಪಾದನೆಗೆ ವಿಶೇಷವಾಗಿ ಸೂಕ್ತವಾಗಿವೆ. ಮೈಕ್ರೋವೇವ್ ರೇಡಿಯೋ ಆವರ್ತನ ಸಾಧನಗಳು, LED ಗಳು, ಲೇಸರ್‌ಗಳು, ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಧನಗಳು ಮತ್ತು ಇತರ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಅವುಗಳ ಅನ್ವಯಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ ಗಮನವನ್ನು ಸೆಳೆದಿವೆ ಮತ್ತು ಅವು ಮೊಬೈಲ್ ಸಂವಹನಗಳು, ಸ್ಮಾರ್ಟ್ ಗ್ರಿಡ್‌ಗಳು, ರೈಲು ಸಾಗಣೆ, ಹೊಸ ಶಕ್ತಿ ವಾಹನಗಳು, ಗ್ರಾಹಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ಮತ್ತು ನೇರಳಾತೀತ ಮತ್ತು ನೀಲಿ-ಹಸಿರು ಬೆಳಕಿನ ಸಾಧನಗಳಲ್ಲಿ ವಿಶಾಲ ಅಭಿವೃದ್ಧಿ ನಿರೀಕ್ಷೆಗಳನ್ನು ತೋರಿಸಿವೆ [1].

ಚಿತ್ರ ಮೂಲ: CASA, ಝೆಶಾಂಗ್ ಸೆಕ್ಯುರಿಟೀಸ್ ರಿಸರ್ಚ್ ಇನ್ಸ್ಟಿಟ್ಯೂಟ್

ಚಿತ್ರ 1 GaN ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಧನದ ಸಮಯ ಮಾಪಕ ಮತ್ತು ಮುನ್ಸೂಚನೆ

II GaN ವಸ್ತು ರಚನೆ ಮತ್ತು ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳು

GaN ಒಂದು ನೇರ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗ್ಯಾಪ್ ಸೆಮಿಕಂಡಕ್ಟರ್ ಆಗಿದೆ. ಕೋಣೆಯ ಉಷ್ಣಾಂಶದಲ್ಲಿ ವರ್ಟ್‌ಜೈಟ್ ರಚನೆಯ ಬ್ಯಾಂಡ್‌ಗ್ಯಾಪ್ ಅಗಲವು ಸುಮಾರು 3.26eV ಆಗಿದೆ. GaN ವಸ್ತುಗಳು ಮೂರು ಪ್ರಮುಖ ಸ್ಫಟಿಕ ರಚನೆಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ, ಅವುಗಳೆಂದರೆ ವರ್ಟ್‌ಜೈಟ್ ರಚನೆ, ಸ್ಫಲೆರೈಟ್ ರಚನೆ ಮತ್ತು ಶಿಲಾ ಉಪ್ಪು ರಚನೆ. ಅವುಗಳಲ್ಲಿ, ವರ್ಟ್‌ಜೈಟ್ ರಚನೆಯು ಅತ್ಯಂತ ಸ್ಥಿರವಾದ ಸ್ಫಟಿಕ ರಚನೆಯಾಗಿದೆ. ಚಿತ್ರ 2 GaN ನ ಷಡ್ಭುಜೀಯ ವರ್ಟ್‌ಜೈಟ್ ರಚನೆಯ ರೇಖಾಚಿತ್ರವಾಗಿದೆ. GaN ವಸ್ತುವಿನ ವರ್ಟ್‌ಜೈಟ್ ರಚನೆಯು ಷಡ್ಭುಜೀಯ ಕ್ಲೋಸ್-ಪ್ಯಾಕ್ಡ್ ರಚನೆಗೆ ಸೇರಿದೆ. ಪ್ರತಿಯೊಂದು ಯೂನಿಟ್ ಕೋಶವು 6 N ಪರಮಾಣುಗಳು ಮತ್ತು 6 Ga ಪರಮಾಣುಗಳು ಸೇರಿದಂತೆ 12 ಪರಮಾಣುಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ಪ್ರತಿ Ga (N) ಪರಮಾಣು 4 ಹತ್ತಿರದ N (Ga) ಪರಮಾಣುಗಳೊಂದಿಗೆ ಬಂಧವನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ABABAB ಕ್ರಮದಲ್ಲಿ ಜೋಡಿಸಲ್ಪಟ್ಟಿದೆ… [0001] ದಿಕ್ಕಿನಲ್ಲಿ [2].

ಚಿತ್ರ 2 ವರ್ಟ್‌ಜೈಟ್ ರಚನೆ GaN ಸ್ಫಟಿಕ ಕೋಶ ರೇಖಾಚಿತ್ರ

III GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಗೆ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಬಳಸುವ ತಲಾಧಾರಗಳು

GaN ತಲಾಧಾರಗಳ ಮೇಲಿನ ಏಕರೂಪದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಗೆ ಅತ್ಯುತ್ತಮ ಆಯ್ಕೆಯಾಗಿದೆ ಎಂದು ತೋರುತ್ತದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, GaN ನ ದೊಡ್ಡ ಬಂಧದ ಶಕ್ತಿಯಿಂದಾಗಿ, ತಾಪಮಾನವು 2500℃ ಕರಗುವ ಬಿಂದುವನ್ನು ತಲುಪಿದಾಗ, ಅದರ ಅನುಗುಣವಾದ ವಿಭಜನೆಯ ಒತ್ತಡವು ಸುಮಾರು 4.5GPa ಆಗಿರುತ್ತದೆ. ವಿಭಜನೆಯ ಒತ್ತಡವು ಈ ಒತ್ತಡಕ್ಕಿಂತ ಕಡಿಮೆಯಾದಾಗ, GaN ಕರಗುವುದಿಲ್ಲ ಆದರೆ ನೇರವಾಗಿ ಕೊಳೆಯುತ್ತದೆ. ಇದು Czochralski ವಿಧಾನದಂತಹ ಪ್ರೌಢ ತಲಾಧಾರ ತಯಾರಿ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳನ್ನು GaN ಏಕ ಸ್ಫಟಿಕ ತಲಾಧಾರಗಳ ತಯಾರಿಕೆಗೆ ಸೂಕ್ತವಲ್ಲದಂತೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ, GaN ತಲಾಧಾರಗಳನ್ನು ಸಾಮೂಹಿಕ ಉತ್ಪಾದನೆಗೆ ಕಷ್ಟಕರವಾಗಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ದುಬಾರಿಯಾಗಿದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಯಲ್ಲಿ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಬಳಸುವ ತಲಾಧಾರಗಳು ಮುಖ್ಯವಾಗಿ Si, SiC, ನೀಲಮಣಿ, ಇತ್ಯಾದಿ. [3].

ಚಾರ್ಟ್ 3 GaN ಮತ್ತು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಬಳಸುವ ತಲಾಧಾರ ವಸ್ತುಗಳ ನಿಯತಾಂಕಗಳು

ನೀಲಮಣಿಯ ಮೇಲಿನ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ

ನೀಲಮಣಿ ಸ್ಥಿರವಾದ ರಾಸಾಯನಿಕ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ, ಅಗ್ಗವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ದೊಡ್ಡ-ಪ್ರಮಾಣದ ಉತ್ಪಾದನಾ ಉದ್ಯಮದ ಹೆಚ್ಚಿನ ಪರಿಪಕ್ವತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಇದು ಅರೆವಾಹಕ ಸಾಧನ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್‌ನಲ್ಲಿ ಆರಂಭಿಕ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚು ವ್ಯಾಪಕವಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುವ ತಲಾಧಾರ ವಸ್ತುಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದಾಗಿದೆ. GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಗೆ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಬಳಸುವ ತಲಾಧಾರಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದಾಗಿ, ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರಗಳಿಗೆ ಪರಿಹರಿಸಬೇಕಾದ ಪ್ರಮುಖ ಸಮಸ್ಯೆಗಳು:

✔ ನೀಲಮಣಿ (Al2O3) ಮತ್ತು GaN (ಸುಮಾರು 15%) ನಡುವಿನ ದೊಡ್ಡ ಜಾಲರಿ ಅಸಾಮರಸ್ಯದಿಂದಾಗಿ, ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರ ಮತ್ತು ತಲಾಧಾರದ ನಡುವಿನ ಇಂಟರ್ಫೇಸ್‌ನಲ್ಲಿ ದೋಷ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ತುಂಬಾ ಹೆಚ್ಚಾಗಿದೆ. ಅದರ ಪ್ರತಿಕೂಲ ಪರಿಣಾಮಗಳನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು, ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಪ್ರಾರಂಭವಾಗುವ ಮೊದಲು ತಲಾಧಾರವನ್ನು ಸಂಕೀರ್ಣ ಪೂರ್ವ-ಚಿಕಿತ್ಸೆಗೆ ಒಳಪಡಿಸಬೇಕು. ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರಗಳ ಮೇಲೆ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯನ್ನು ಬೆಳೆಯುವ ಮೊದಲು, ಮಾಲಿನ್ಯಕಾರಕಗಳು, ಉಳಿದ ಹೊಳಪು ಹಾನಿ ಇತ್ಯಾದಿಗಳನ್ನು ತೆಗೆದುಹಾಕಲು ಮತ್ತು ಹಂತಗಳು ಮತ್ತು ಹಂತದ ಮೇಲ್ಮೈ ರಚನೆಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ಮೊದಲು ಕಟ್ಟುನಿಟ್ಟಾಗಿ ಸ್ವಚ್ಛಗೊಳಿಸಬೇಕು. ನಂತರ, ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ತೇವಗೊಳಿಸುವ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳನ್ನು ಬದಲಾಯಿಸಲು ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ನೈಟ್ರೈಡ್ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಅಂತಿಮವಾಗಿ, ತೆಳುವಾದ AlN ಬಫರ್ ಪದರವನ್ನು (ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ 10-100nm ದಪ್ಪ) ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಠೇವಣಿ ಮಾಡಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಅಂತಿಮ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಗೆ ತಯಾರಾಗಲು ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಅನೆಲ್ ಮಾಡಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ. ಹಾಗಿದ್ದರೂ, ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರಗಳ ಮೇಲೆ ಬೆಳೆದ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಫಿಲ್ಮ್‌ಗಳಲ್ಲಿನ ಡಿಸ್ಲೊಕೇಶನ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಹೋಮೋಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಫಿಲ್ಮ್‌ಗಳಿಗಿಂತ ಇನ್ನೂ ಹೆಚ್ಚಾಗಿದೆ (ಸುಮಾರು 1010cm-2, ಸಿಲಿಕಾನ್ ಹೋಮೋಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಫಿಲ್ಮ್‌ಗಳು ಅಥವಾ ಗ್ಯಾಲಿಯಮ್ ಆರ್ಸೆನೈಡ್ ಹೋಮೋಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಫಿಲ್ಮ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಮೂಲಭೂತವಾಗಿ ಶೂನ್ಯ ಡಿಸ್ಲೊಕೇಶನ್ ಸಾಂದ್ರತೆಯೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, ಅಥವಾ 102 ಮತ್ತು 104cm-2 ನಡುವೆ). ಹೆಚ್ಚಿನ ದೋಷ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ವಾಹಕ ಚಲನಶೀಲತೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಅಲ್ಪಸಂಖ್ಯಾತ ವಾಹಕ ಜೀವಿತಾವಧಿಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಉಷ್ಣ ವಾಹಕತೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಇವೆಲ್ಲವೂ ಸಾಧನದ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ [4];

✔ ನೀಲಮಣಿಯ ಉಷ್ಣ ವಿಸ್ತರಣಾ ಗುಣಾಂಕವು GaN ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ಶೇಖರಣಾ ತಾಪಮಾನದಿಂದ ಕೋಣೆಯ ಉಷ್ಣಾಂಶಕ್ಕೆ ತಂಪಾಗಿಸುವ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದಲ್ಲಿ ಬೈಯಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಸಂಕುಚಿತ ಒತ್ತಡವು ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುತ್ತದೆ. ದಪ್ಪವಾದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಫಿಲ್ಮ್‌ಗಳಿಗೆ, ಈ ಒತ್ತಡವು ಫಿಲ್ಮ್ ಅಥವಾ ತಲಾಧಾರದ ಬಿರುಕುಗಳಿಗೆ ಕಾರಣವಾಗಬಹುದು;

✔ ಇತರ ತಲಾಧಾರಗಳಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರಗಳ ಉಷ್ಣ ವಾಹಕತೆ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದೆ (100℃ ನಲ್ಲಿ ಸುಮಾರು 0.25W*cm-1*K-1), ಮತ್ತು ಶಾಖ ಪ್ರಸರಣ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆ ಕಳಪೆಯಾಗಿದೆ;

✔ ಅದರ ಕಳಪೆ ವಾಹಕತೆಯ ಕಾರಣದಿಂದಾಗಿ, ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರಗಳು ಇತರ ಅರೆವಾಹಕ ಸಾಧನಗಳೊಂದಿಗೆ ಅವುಗಳ ಏಕೀಕರಣ ಮತ್ತು ಅನ್ವಯಿಕೆಗೆ ಅನುಕೂಲಕರವಾಗಿಲ್ಲ.

ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರಗಳ ಮೇಲೆ ಬೆಳೆಸಲಾದ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರಗಳ ದೋಷ ಸಾಂದ್ರತೆಯು ಅಧಿಕವಾಗಿದ್ದರೂ, ಇದು GaN-ಆಧಾರಿತ ನೀಲಿ-ಹಸಿರು LED ಗಳ ಆಪ್ಟೊಇಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದಿಲ್ಲ ಎಂದು ತೋರುತ್ತದೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರಗಳು ಇನ್ನೂ GaN-ಆಧಾರಿತ LED ಗಳಿಗೆ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಬಳಸುವ ತಲಾಧಾರಗಳಾಗಿವೆ.

ಲೇಸರ್‌ಗಳು ಅಥವಾ ಇತರ ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಾಧನಗಳಂತಹ GaN ಸಾಧನಗಳ ಹೊಸ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯೊಂದಿಗೆ, ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರಗಳ ಅಂತರ್ಗತ ದೋಷಗಳು ಅವುಗಳ ಅನ್ವಯದ ಮೇಲೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಮಿತಿಯಾಗಿವೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, SiC ತಲಾಧಾರ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದ ಅಭಿವೃದ್ಧಿ, ವೆಚ್ಚ ಕಡಿತ ಮತ್ತು Si ತಲಾಧಾರಗಳ ಮೇಲೆ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದ ಪರಿಪಕ್ವತೆಯೊಂದಿಗೆ, ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರಗಳ ಮೇಲೆ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರಗಳನ್ನು ಬೆಳೆಯುವುದರ ಕುರಿತು ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಂಶೋಧನೆಯು ಕ್ರಮೇಣ ತಂಪಾಗಿಸುವ ಪ್ರವೃತ್ತಿಯನ್ನು ತೋರಿಸಿದೆ.

SiC ನಲ್ಲಿ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ

ನೀಲಮಣಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, SiC ತಲಾಧಾರಗಳು (4H- ಮತ್ತು 6H-ಸ್ಫಟಿಕಗಳು) GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರಗಳೊಂದಿಗೆ (3.1%, [0001] ಆಧಾರಿತ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಫಿಲ್ಮ್‌ಗಳಿಗೆ ಸಮನಾಗಿರುತ್ತದೆ), ಹೆಚ್ಚಿನ ಉಷ್ಣ ವಾಹಕತೆ (ಸುಮಾರು 3.8W*cm-1*K-1), ಇತ್ಯಾದಿಗಳೊಂದಿಗೆ ಸಣ್ಣ ಲ್ಯಾಟಿಸ್ ಅಸಾಮರಸ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, SiC ತಲಾಧಾರಗಳ ವಾಹಕತೆಯು ತಲಾಧಾರದ ಹಿಂಭಾಗದಲ್ಲಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಸಂಪರ್ಕಗಳನ್ನು ಮಾಡಲು ಸಹ ಅನುಮತಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಸಾಧನದ ರಚನೆಯನ್ನು ಸರಳಗೊಳಿಸಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಈ ಅನುಕೂಲಗಳ ಅಸ್ತಿತ್ವವು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ತಲಾಧಾರಗಳ ಮೇಲೆ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ಲಿ ಕೆಲಸ ಮಾಡಲು ಹೆಚ್ಚು ಹೆಚ್ಚು ಸಂಶೋಧಕರನ್ನು ಆಕರ್ಷಿಸಿದೆ.

ಆದಾಗ್ಯೂ, GaN ಎಪಿಲೇಯರ್‌ಗಳನ್ನು ಬೆಳೆಯುವುದನ್ನು ತಪ್ಪಿಸಲು SiC ತಲಾಧಾರಗಳ ಮೇಲೆ ನೇರವಾಗಿ ಕೆಲಸ ಮಾಡುವುದರಿಂದ ಈ ಕೆಳಗಿನವುಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಂತೆ ಹಲವಾರು ಅನಾನುಕೂಲತೆಗಳಿವೆ:

✔ SiC ತಲಾಧಾರಗಳ ಮೇಲ್ಮೈ ಒರಟುತನವು ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರಗಳಿಗಿಂತ (ನೀಲಮಣಿ ಒರಟುತನ 0.1nm RMS, SiC ಒರಟುತನ 1nm RMS) ಹೆಚ್ಚು, SiC ತಲಾಧಾರಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ ಗಡಸುತನ ಮತ್ತು ಕಳಪೆ ಸಂಸ್ಕರಣಾ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ, ಮತ್ತು ಈ ಒರಟುತನ ಮತ್ತು ಉಳಿದ ಹೊಳಪು ಹಾನಿಯು GaN ಎಪಿಲೇಯರ್‌ಗಳಲ್ಲಿನ ದೋಷಗಳ ಮೂಲಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದಾಗಿದೆ.

✔ SiC ತಲಾಧಾರಗಳ ಸ್ಕ್ರೂ ಡಿಸ್ಲೊಕೇಶನ್ ಸಾಂದ್ರತೆ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ (ಡಿಸ್ಲೊಕೇಶನ್ ಸಾಂದ್ರತೆ 103-104cm-2), ಸ್ಕ್ರೂ ಡಿಸ್ಲೊಕೇಶನ್‌ಗಳು GaN ಎಪಿಲೇಯರ್‌ಗೆ ಹರಡಬಹುದು ಮತ್ತು ಸಾಧನದ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಬಹುದು;

✔ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿರುವ ಪರಮಾಣು ಜೋಡಣೆಯು GaN ಎಪಿಲೇಯರ್‌ನಲ್ಲಿ ಪೇರಿಸುವ ದೋಷಗಳ (BSFs) ರಚನೆಯನ್ನು ಪ್ರೇರೇಪಿಸುತ್ತದೆ. SiC ತಲಾಧಾರಗಳ ಮೇಲಿನ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ GaN ಗೆ, ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ ಬಹು ಸಂಭಾವ್ಯ ಪರಮಾಣು ಜೋಡಣೆ ಆದೇಶಗಳಿವೆ, ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ ಅದರ ಮೇಲೆ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ GaN ಪದರದ ಅಸಮಂಜಸ ಆರಂಭಿಕ ಪರಮಾಣು ಪೇರಿಸುವ ಕ್ರಮವು ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಪೇರಿಸುವ ದೋಷಗಳಿಗೆ ಗುರಿಯಾಗುತ್ತದೆ. ಪೇರಿಸುವ ದೋಷಗಳು (SFs) c-ಅಕ್ಷದ ಉದ್ದಕ್ಕೂ ಅಂತರ್ನಿರ್ಮಿತ ವಿದ್ಯುತ್ ಕ್ಷೇತ್ರಗಳನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸುತ್ತವೆ, ಇದು ಇನ್-ಪ್ಲೇನ್ ಕ್ಯಾರಿಯರ್ ಬೇರ್ಪಡಿಕೆ ಸಾಧನಗಳ ಸೋರಿಕೆಯಂತಹ ಸಮಸ್ಯೆಗಳಿಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ;

✔ SiC ತಲಾಧಾರದ ಉಷ್ಣ ವಿಸ್ತರಣಾ ಗುಣಾಂಕವು AlN ಮತ್ತು GaN ಗಿಂತ ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದೆ, ಇದು ತಂಪಾಗಿಸುವ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರ ಮತ್ತು ತಲಾಧಾರದ ನಡುವೆ ಉಷ್ಣ ಒತ್ತಡದ ಶೇಖರಣೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ. ವಾಲ್ಟೆರೈಟ್ ಮತ್ತು ಬ್ರಾಂಡ್ ತಮ್ಮ ಸಂಶೋಧನಾ ಫಲಿತಾಂಶಗಳ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಈ ಸಮಸ್ಯೆಯನ್ನು ತೆಳುವಾದ, ಸುಸಂಬದ್ಧವಾಗಿ ಒತ್ತಡಕ್ಕೊಳಗಾದ AlN ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯೇಶನ್ ಪದರಗಳ ಮೇಲೆ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರಗಳನ್ನು ಬೆಳೆಸುವ ಮೂಲಕ ನಿವಾರಿಸಬಹುದು ಅಥವಾ ಪರಿಹರಿಸಬಹುದು ಎಂದು ಭವಿಷ್ಯ ನುಡಿದಿದ್ದಾರೆ;

✔ Ga ಪರಮಾಣುಗಳ ಕಳಪೆ ಆರ್ದ್ರತೆಯ ಸಮಸ್ಯೆ. SiC ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ನೇರವಾಗಿ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರಗಳನ್ನು ಬೆಳೆಸುವಾಗ, ಎರಡು ಪರಮಾಣುಗಳ ನಡುವಿನ ಕಳಪೆ ಆರ್ದ್ರತೆಯಿಂದಾಗಿ, GaN ತಲಾಧಾರ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ 3D ದ್ವೀಪ ಬೆಳವಣಿಗೆಗೆ ಗುರಿಯಾಗುತ್ತದೆ. GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ಲಿ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ವಸ್ತುಗಳ ಗುಣಮಟ್ಟವನ್ನು ಸುಧಾರಿಸಲು ಬಫರ್ ಪದರವನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸುವುದು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಬಳಸುವ ಪರಿಹಾರವಾಗಿದೆ. AlN ಅಥವಾ AlxGa1-xN ಬಫರ್ ಪದರವನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸುವುದರಿಂದ SiC ಮೇಲ್ಮೈಯ ಆರ್ದ್ರತೆಯನ್ನು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ಸುಧಾರಿಸಬಹುದು ಮತ್ತು GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರವನ್ನು ಎರಡು ಆಯಾಮಗಳಲ್ಲಿ ಬೆಳೆಯುವಂತೆ ಮಾಡಬಹುದು. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಇದು ಒತ್ತಡವನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸಬಹುದು ಮತ್ತು ತಲಾಧಾರ ದೋಷಗಳು GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಗೆ ವಿಸ್ತರಿಸುವುದನ್ನು ತಡೆಯಬಹುದು;

✔ SiC ತಲಾಧಾರಗಳ ತಯಾರಿಕೆಯ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ಅಪಕ್ವವಾಗಿದೆ, ತಲಾಧಾರದ ಬೆಲೆ ಹೆಚ್ಚಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ಪೂರೈಕೆದಾರರು ಮತ್ತು ಕಡಿಮೆ ಪೂರೈಕೆ ಇದೆ.

ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ ಮಾಡುವ ಮೊದಲು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ (1600°C) H2 ನೊಂದಿಗೆ SiC ತಲಾಧಾರವನ್ನು ಎಚ್ಚಣೆ ಮಾಡುವುದರಿಂದ ತಲಾಧಾರ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚು ಕ್ರಮಬದ್ಧವಾದ ಹಂತದ ರಚನೆಯನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಬಹುದು ಎಂದು ಟೊರೆಸ್ ಮತ್ತು ಇತರರ ಸಂಶೋಧನೆ ತೋರಿಸುತ್ತದೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಮೂಲ ತಲಾಧಾರ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ನೇರವಾಗಿ ಬೆಳೆದಾಗ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಗುಣಮಟ್ಟದ AlN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಫಿಲ್ಮ್ ಅನ್ನು ಪಡೆಯಬಹುದು. ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್ ತಲಾಧಾರದ ಎಚ್ಚಣೆ ಪೂರ್ವ-ಚಿಕಿತ್ಸೆಯು GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ಮೇಲ್ಮೈ ರೂಪವಿಜ್ಞಾನ ಮತ್ತು ಸ್ಫಟಿಕದ ಗುಣಮಟ್ಟವನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆ ಎಂದು ಕ್ಸಿ ಮತ್ತು ಅವರ ತಂಡದ ಸಂಶೋಧನೆಯು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಸ್ಮಿತ್ ಮತ್ತು ಇತರರು ತಲಾಧಾರ/ಬಫರ್ ಪದರ ಮತ್ತು ಬಫರ್ ಪದರ/ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ಇಂಟರ್ಫೇಸ್‌ಗಳಿಂದ ಹುಟ್ಟುವ ಥ್ರೆಡಿಂಗ್ ಡಿಸ್ಲೊಕೇಶನ್‌ಗಳು ತಲಾಧಾರದ ಚಪ್ಪಟೆತನಕ್ಕೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿವೆ ಎಂದು ಕಂಡುಕೊಂಡರು [5].

ಚಿತ್ರ 4 ವಿವಿಧ ಮೇಲ್ಮೈ ಸಂಸ್ಕರಣಾ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ 6H-SiC ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ (0001) ಬೆಳೆದ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ಮಾದರಿಗಳ TEM ರೂಪವಿಜ್ಞಾನ (ಎ) ರಾಸಾಯನಿಕ ಶುಚಿಗೊಳಿಸುವಿಕೆ; (ಬಿ) ರಾಸಾಯನಿಕ ಶುಚಿಗೊಳಿಸುವಿಕೆ + ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಪ್ಲಾಸ್ಮಾ ಚಿಕಿತ್ಸೆ; (ಸಿ) ರಾಸಾಯನಿಕ ಶುಚಿಗೊಳಿಸುವಿಕೆ + ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಪ್ಲಾಸ್ಮಾ ಚಿಕಿತ್ಸೆ + 1300℃ 30 ನಿಮಿಷಗಳ ಕಾಲ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಶಾಖ ಚಿಕಿತ್ಸೆ

Si ಮೇಲೆ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ

ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಾರ್ಬೈಡ್, ನೀಲಮಣಿ ಮತ್ತು ಇತರ ತಲಾಧಾರಗಳೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, ಸಿಲಿಕಾನ್ ತಲಾಧಾರ ತಯಾರಿಕೆಯ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಪ್ರಬುದ್ಧವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಇದು ಹೆಚ್ಚಿನ ವೆಚ್ಚದ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯೊಂದಿಗೆ ಪ್ರಬುದ್ಧ ದೊಡ್ಡ ಗಾತ್ರದ ತಲಾಧಾರಗಳನ್ನು ಸ್ಥಿರವಾಗಿ ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ. ಅದೇ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, ಉಷ್ಣ ವಾಹಕತೆ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುತ್ ವಾಹಕತೆ ಉತ್ತಮವಾಗಿದೆ ಮತ್ತು Si ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಸಾಧನ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಪ್ರಬುದ್ಧವಾಗಿದೆ. ಭವಿಷ್ಯದಲ್ಲಿ Si ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ ಸಾಧನಗಳೊಂದಿಗೆ ಆಪ್ಟೊಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ GaN ಸಾಧನಗಳನ್ನು ಸಂಪೂರ್ಣವಾಗಿ ಸಂಯೋಜಿಸುವ ಸಾಧ್ಯತೆಯು ಸಿಲಿಕಾನ್‌ನಲ್ಲಿ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯ ಬೆಳವಣಿಗೆಯನ್ನು ಬಹಳ ಆಕರ್ಷಕವಾಗಿಸುತ್ತದೆ.

ಆದಾಗ್ಯೂ, Si ತಲಾಧಾರ ಮತ್ತು GaN ವಸ್ತುವಿನ ನಡುವಿನ ಜಾಲರಿ ಸ್ಥಿರಾಂಕಗಳಲ್ಲಿನ ದೊಡ್ಡ ವ್ಯತ್ಯಾಸದಿಂದಾಗಿ, Si ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ GaN ನ ವೈವಿಧ್ಯಮಯ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ ಒಂದು ವಿಶಿಷ್ಟವಾದ ದೊಡ್ಡ ಅಸಮತೋಲನ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಾಗಿದೆ, ಮತ್ತು ಇದು ಹಲವಾರು ಸಮಸ್ಯೆಗಳನ್ನು ಎದುರಿಸಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ:

✔ ಮೇಲ್ಮೈ ಇಂಟರ್ಫೇಸ್ ಶಕ್ತಿಯ ಸಮಸ್ಯೆ. Si ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ GaN ಬೆಳೆದಾಗ, Si ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ಮೊದಲು ನೈಟ್ರೈಡ್ ಮಾಡಿ ಅಸ್ಫಾಟಿಕ ಸಿಲಿಕಾನ್ ನೈಟ್ರೈಡ್ ಪದರವನ್ನು ರೂಪಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಾಂದ್ರತೆಯ GaN ನ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯೇಶನ್ ಮತ್ತು ಬೆಳವಣಿಗೆಗೆ ಅನುಕೂಲಕರವಲ್ಲ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, Si ಮೇಲ್ಮೈ ಮೊದಲು Ga ಅನ್ನು ಸಂಪರ್ಕಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು Si ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ನಾಶಪಡಿಸುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ, Si ಮೇಲ್ಮೈಯ ವಿಭಜನೆಯು GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರಕ್ಕೆ ಹರಡಿ ಕಪ್ಪು ಸಿಲಿಕಾನ್ ಕಲೆಗಳನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತದೆ.

✔ GaN ಮತ್ತು Si ನಡುವಿನ ಲ್ಯಾಟಿಸ್ ಸ್ಥಿರ ಅಸಾಮರಸ್ಯವು ದೊಡ್ಡದಾಗಿದೆ (~17%), ಇದು ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಾಂದ್ರತೆಯ ಥ್ರೆಡ್ಡಿಂಗ್ ಡಿಸ್ಲೊಕೇಶನ್‌ಗಳ ರಚನೆಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ಗುಣಮಟ್ಟವನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ;

✔ Si ಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, GaN ದೊಡ್ಡ ಉಷ್ಣ ವಿಸ್ತರಣಾ ಗುಣಾಂಕವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ (GaN ನ ಉಷ್ಣ ವಿಸ್ತರಣಾ ಗುಣಾಂಕ ಸುಮಾರು 5.6×10-6K-1, Si ನ ಉಷ್ಣ ವಿಸ್ತರಣಾ ಗುಣಾಂಕ ಸುಮಾರು 2.6×10-6K-1), ಮತ್ತು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಕೋಣೆಯ ಉಷ್ಣಾಂಶಕ್ಕೆ ತಂಪಾಗಿಸುವಾಗ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದಲ್ಲಿ ಬಿರುಕುಗಳು ಉಂಟಾಗಬಹುದು;

✔ Si ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ NH3 ನೊಂದಿಗೆ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಿಸಿ ಪಾಲಿಕ್ರಿಸ್ಟಲಿನ್ SiNx ಅನ್ನು ರೂಪಿಸುತ್ತದೆ. ಪಾಲಿಕ್ರಿಸ್ಟಲಿನ್ SiNx ನಲ್ಲಿ AlN ಆದ್ಯತೆಯ ಕೇಂದ್ರೀಕೃತ ನ್ಯೂಕ್ಲಿಯಸ್ ಅನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ, ಇದು ತರುವಾಯ ಬೆಳೆದ GaN ಪದರದ ಅಸ್ತವ್ಯಸ್ತವಾದ ದೃಷ್ಟಿಕೋನ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ಸಂಖ್ಯೆಯ ದೋಷಗಳಿಗೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ, ಇದರ ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ಕಳಪೆ ಸ್ಫಟಿಕ ಗುಣಮಟ್ಟ ಮತ್ತು ಏಕ-ಸ್ಫಟಿಕದ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರವನ್ನು ರೂಪಿಸುವಲ್ಲಿ ತೊಂದರೆ ಉಂಟಾಗುತ್ತದೆ [6].

ದೊಡ್ಡ ಜಾಲರಿ ಅಸಾಮರಸ್ಯದ ಸಮಸ್ಯೆಯನ್ನು ಪರಿಹರಿಸಲು, ಸಂಶೋಧಕರು Si ತಲಾಧಾರಗಳ ಮೇಲೆ ಬಫರ್ ಪದರಗಳಾಗಿ AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO, ಮತ್ತು SiC ನಂತಹ ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸಲು ಪ್ರಯತ್ನಿಸಿದ್ದಾರೆ. ಪಾಲಿಕ್ರಿಸ್ಟಲಿನ್ SiNx ರಚನೆಯನ್ನು ತಪ್ಪಿಸಲು ಮತ್ತು GaN/AlN/Si (111) ವಸ್ತುಗಳ ಸ್ಫಟಿಕದ ಗುಣಮಟ್ಟದ ಮೇಲೆ ಅದರ ಪ್ರತಿಕೂಲ ಪರಿಣಾಮಗಳನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು, NH3 ಬಹಿರಂಗಗೊಂಡ Si ಮೇಲ್ಮೈಯೊಂದಿಗೆ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಿಸಿ SiNx ಅನ್ನು ರೂಪಿಸುವುದನ್ನು ತಡೆಯಲು AlN ಬಫರ್ ಪದರದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಬೆಳವಣಿಗೆಗೆ ಮೊದಲು TMAl ಅನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಸಮಯದವರೆಗೆ ಪರಿಚಯಿಸಬೇಕಾಗುತ್ತದೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ಗುಣಮಟ್ಟವನ್ನು ಸುಧಾರಿಸಲು ಮಾದರಿಯ ತಲಾಧಾರ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದಂತಹ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳನ್ನು ಬಳಸಬಹುದು. ಈ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಇಂಟರ್ಫೇಸ್‌ನಲ್ಲಿ SiNx ರಚನೆಯನ್ನು ತಡೆಯಲು, GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ಎರಡು ಆಯಾಮದ ಬೆಳವಣಿಗೆಯನ್ನು ಉತ್ತೇಜಿಸಲು ಮತ್ತು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಗುಣಮಟ್ಟವನ್ನು ಸುಧಾರಿಸಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಸಿಲಿಕಾನ್ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದಲ್ಲಿ ಬಿರುಕುಗಳನ್ನು ತಪ್ಪಿಸಲು ಉಷ್ಣ ವಿಸ್ತರಣಾ ಗುಣಾಂಕಗಳಲ್ಲಿನ ವ್ಯತ್ಯಾಸದಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ಕರ್ಷಕ ಒತ್ತಡವನ್ನು ಸರಿದೂಗಿಸಲು AlN ಬಫರ್ ಪದರವನ್ನು ಪರಿಚಯಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಕ್ರೋಸ್ಟ್ ಅವರ ಸಂಶೋಧನೆಯು AlN ಬಫರ್ ಪದರದ ದಪ್ಪ ಮತ್ತು ಒತ್ತಡದಲ್ಲಿನ ಕಡಿತದ ನಡುವೆ ಸಕಾರಾತ್ಮಕ ಸಂಬಂಧವಿದೆ ಎಂದು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಬಫರ್ ಪದರದ ದಪ್ಪವು 12nm ತಲುಪಿದಾಗ, 6μm ಗಿಂತ ದಪ್ಪವಿರುವ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರವನ್ನು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರ ಬಿರುಕು ಬಿಡದೆ ಸೂಕ್ತವಾದ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಯೋಜನೆಯ ಮೂಲಕ ಸಿಲಿಕಾನ್ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ ಬೆಳೆಸಬಹುದು.

ಸಂಶೋಧಕರ ದೀರ್ಘಕಾಲೀನ ಪ್ರಯತ್ನಗಳ ನಂತರ, ಸಿಲಿಕಾನ್ ತಲಾಧಾರಗಳ ಮೇಲೆ ಬೆಳೆದ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರಗಳ ಗುಣಮಟ್ಟವನ್ನು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಸುಧಾರಿಸಲಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಕ್ಷೇತ್ರ ಪರಿಣಾಮ ಟ್ರಾನ್ಸಿಸ್ಟರ್‌ಗಳು, ಶಾಟ್ಕಿ ತಡೆಗೋಡೆ ನೇರಳಾತೀತ ಪತ್ತೆಕಾರಕಗಳು, ನೀಲಿ-ಹಸಿರು LED ಗಳು ಮತ್ತು ನೇರಳಾತೀತ ಲೇಸರ್‌ಗಳಂತಹ ಸಾಧನಗಳು ಗಮನಾರ್ಹ ಪ್ರಗತಿಯನ್ನು ಸಾಧಿಸಿವೆ.

ಸಂಕ್ಷಿಪ್ತವಾಗಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಬಳಸುವ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ತಲಾಧಾರಗಳು ಎಲ್ಲಾ ವೈವಿಧ್ಯಮಯ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ ಆಗಿರುವುದರಿಂದ, ಅವೆಲ್ಲವೂ ಲ್ಯಾಟಿಸ್ ಅಸಾಮರಸ್ಯ ಮತ್ತು ವಿವಿಧ ಹಂತಗಳಿಗೆ ಉಷ್ಣ ವಿಸ್ತರಣಾ ಗುಣಾಂಕಗಳಲ್ಲಿನ ದೊಡ್ಡ ವ್ಯತ್ಯಾಸಗಳಂತಹ ಸಾಮಾನ್ಯ ಸಮಸ್ಯೆಗಳನ್ನು ಎದುರಿಸುತ್ತವೆ. ಏಕರೂಪದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ GaN ತಲಾಧಾರಗಳು ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದ ಪರಿಪಕ್ವತೆಯಿಂದ ಸೀಮಿತವಾಗಿವೆ ಮತ್ತು ತಲಾಧಾರಗಳನ್ನು ಇನ್ನೂ ಸಾಮೂಹಿಕವಾಗಿ ಉತ್ಪಾದಿಸಲಾಗಿಲ್ಲ. ಉತ್ಪಾದನಾ ವೆಚ್ಚ ಹೆಚ್ಚಾಗಿದೆ, ತಲಾಧಾರದ ಗಾತ್ರ ಚಿಕ್ಕದಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ತಲಾಧಾರದ ಗುಣಮಟ್ಟವು ಸೂಕ್ತವಾಗಿಲ್ಲ. ಹೊಸ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ತಲಾಧಾರಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿ ಮತ್ತು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಗುಣಮಟ್ಟದ ಸುಧಾರಣೆಯು GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಉದ್ಯಮದ ಮತ್ತಷ್ಟು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯನ್ನು ನಿರ್ಬಂಧಿಸುವ ಪ್ರಮುಖ ಅಂಶಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದಾಗಿದೆ.

IV. GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಗೆ ಸಾಮಾನ್ಯ ವಿಧಾನಗಳು

MOCVD (ರಾಸಾಯನಿಕ ಆವಿ ಶೇಖರಣೆ)

GaN ತಲಾಧಾರಗಳ ಮೇಲಿನ ಏಕರೂಪದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಗೆ ಅತ್ಯುತ್ತಮ ಆಯ್ಕೆಯಾಗಿದೆ ಎಂದು ತೋರುತ್ತದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ರಾಸಾಯನಿಕ ಆವಿ ಶೇಖರಣೆಯ ಪೂರ್ವಗಾಮಿಗಳು ಟ್ರೈಮೀಥೈಲ್‌ಗ್ಯಾಲಿಯಮ್ ಮತ್ತು ಅಮೋನಿಯಾ ಆಗಿರುವುದರಿಂದ ಮತ್ತು ವಾಹಕ ಅನಿಲ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಆಗಿರುವುದರಿಂದ, ವಿಶಿಷ್ಟವಾದ MOCVD ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ತಾಪಮಾನವು ಸುಮಾರು 1000-1100℃ ಆಗಿರುವುದರಿಂದ ಮತ್ತು MOCVD ಯ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ದರವು ಗಂಟೆಗೆ ಕೆಲವು ಮೈಕ್ರಾನ್‌ಗಳಷ್ಟಿರುತ್ತದೆ. ಇದು ಪರಮಾಣು ಮಟ್ಟದಲ್ಲಿ ಕಡಿದಾದ ಇಂಟರ್ಫೇಸ್‌ಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಬಹುದು, ಇದು ಬೆಳೆಯುತ್ತಿರುವ ಹೆಟೆರೋಜಂಕ್ಷನ್‌ಗಳು, ಕ್ವಾಂಟಮ್ ಬಾವಿಗಳು, ಸೂಪರ್‌ಲ್ಯಾಟಿಸ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಇತರ ರಚನೆಗಳಿಗೆ ತುಂಬಾ ಸೂಕ್ತವಾಗಿದೆ. ಇದರ ವೇಗದ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ದರ, ಉತ್ತಮ ಏಕರೂಪತೆ ಮತ್ತು ದೊಡ್ಡ-ಪ್ರದೇಶ ಮತ್ತು ಬಹು-ತುಂಡು ಬೆಳವಣಿಗೆಗೆ ಸೂಕ್ತತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಕೈಗಾರಿಕಾ ಉತ್ಪಾದನೆಯಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.
MBE (ಆಣ್ವಿಕ ಕಿರಣ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ)
ಆಣ್ವಿಕ ಕಿರಣದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ಲಿ, Ga ಒಂದು ಧಾತುರೂಪದ ಮೂಲವನ್ನು ಬಳಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಸಕ್ರಿಯ ಸಾರಜನಕವನ್ನು ಸಾರಜನಕದಿಂದ RF ಪ್ಲಾಸ್ಮಾ ಮೂಲಕ ಪಡೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. MOCVD ವಿಧಾನದೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, MBE ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ತಾಪಮಾನವು ಸುಮಾರು 350-400℃ ಕಡಿಮೆಯಾಗಿದೆ. ಕಡಿಮೆ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ತಾಪಮಾನವು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದ ಪರಿಸರಗಳಿಂದ ಉಂಟಾಗಬಹುದಾದ ಕೆಲವು ಮಾಲಿನ್ಯವನ್ನು ತಪ್ಪಿಸಬಹುದು. MBE ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ಅಲ್ಟ್ರಾ-ಹೈ ನಿರ್ವಾತದ ಅಡಿಯಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಹೆಚ್ಚಿನ ಸ್ಥಳದಲ್ಲೇ ಪತ್ತೆ ವಿಧಾನಗಳನ್ನು ಸಂಯೋಜಿಸಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ. ಅದೇ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, ಅದರ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ದರ ಮತ್ತು ಉತ್ಪಾದನಾ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು MOCVD ಯೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ ಮತ್ತು ಇದನ್ನು ವೈಜ್ಞಾನಿಕ ಸಂಶೋಧನೆಯಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ [7].

ಚಿತ್ರ 5 (a) Eiko-MBE ಸ್ಕೀಮ್ಯಾಟಿಕ್ (b) MBE ಮುಖ್ಯ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ಚೇಂಬರ್ ಸ್ಕೀಮ್ಯಾಟಿಕ್

HVPE ವಿಧಾನ (ಹೈಡ್ರೈಡ್ ಆವಿ ಹಂತದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ)

ಹೈಡ್ರೈಡ್ ಆವಿ ಹಂತದ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿ ವಿಧಾನದ ಪೂರ್ವಗಾಮಿಗಳು GaCl3 ಮತ್ತು NH3. ಡೆಚ್‌ಪ್ರೋಮ್ ಮತ್ತು ಇತರರು ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ ನೂರಾರು ಮೈಕ್ರಾನ್‌ಗಳಷ್ಟು ದಪ್ಪವಿರುವ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರವನ್ನು ಬೆಳೆಸಲು ಈ ವಿಧಾನವನ್ನು ಬಳಸಿದರು. ಅವರ ಪ್ರಯೋಗದಲ್ಲಿ, ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರ ಮತ್ತು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ನಡುವೆ ಬಫರ್ ಪದರವಾಗಿ ZnO ಪದರವನ್ನು ಬೆಳೆಸಲಾಯಿತು ಮತ್ತು ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರವನ್ನು ತಲಾಧಾರ ಮೇಲ್ಮೈಯಿಂದ ಸಿಪ್ಪೆ ತೆಗೆಯಲಾಯಿತು. MOCVD ಮತ್ತು MBE ಯೊಂದಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ, HVPE ವಿಧಾನದ ಮುಖ್ಯ ಲಕ್ಷಣವೆಂದರೆ ಅದರ ಹೆಚ್ಚಿನ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ದರ, ಇದು ದಪ್ಪ ಪದರಗಳು ಮತ್ತು ಬೃಹತ್ ವಸ್ತುಗಳ ಉತ್ಪಾದನೆಗೆ ಸೂಕ್ತವಾಗಿದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ದಪ್ಪವು 20μm ಮೀರಿದಾಗ, ಈ ವಿಧಾನದಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರವು ಬಿರುಕುಗಳಿಗೆ ಗುರಿಯಾಗುತ್ತದೆ.
ಈ ವಿಧಾನವನ್ನು ಆಧರಿಸಿದ ಮಾದರಿಯ ತಲಾಧಾರ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವನ್ನು ಅಕಿರಾ USUI ಪರಿಚಯಿಸಿತು. ಅವರು ಮೊದಲು MOCVD ವಿಧಾನವನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ ತೆಳುವಾದ 1-1.5μm ದಪ್ಪದ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರವನ್ನು ಬೆಳೆಸಿದರು. ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರವು ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನದ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ ಬೆಳೆದ 20nm ದಪ್ಪದ GaN ಬಫರ್ ಪದರವನ್ನು ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿ ಬೆಳೆದ GaN ಪದರವನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿತ್ತು. ನಂತರ, 430℃ ನಲ್ಲಿ, ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರದ ಮೇಲ್ಮೈಯಲ್ಲಿ SiO2 ಪದರವನ್ನು ಲೇಪಿಸಲಾಯಿತು ಮತ್ತು ಫೋಟೋಲಿಥೋಗ್ರಫಿ ಮೂಲಕ SiO2 ಫಿಲ್ಮ್‌ನಲ್ಲಿ ಕಿಟಕಿ ಪಟ್ಟೆಗಳನ್ನು ಮಾಡಲಾಯಿತು. ಪಟ್ಟೆ ಅಂತರವು 7μm ಆಗಿತ್ತು ಮತ್ತು ಮುಖವಾಡದ ಅಗಲವು 1μm ನಿಂದ 4μm ವರೆಗೆ ಇತ್ತು. ಈ ಸುಧಾರಣೆಯ ನಂತರ, ಅವರು 2-ಇಂಚಿನ ವ್ಯಾಸದ ನೀಲಮಣಿ ತಲಾಧಾರದ ಮೇಲೆ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ಪದರವನ್ನು ಪಡೆದರು, ಅದು ಬಿರುಕು-ಮುಕ್ತ ಮತ್ತು ದಪ್ಪವು ಹತ್ತಾರು ಅಥವಾ ನೂರಾರು ಮೈಕ್ರಾನ್‌ಗಳಿಗೆ ಹೆಚ್ಚಾದಾಗಲೂ ಕನ್ನಡಿಯಂತೆ ಮೃದುವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ದೋಷದ ಸಾಂದ್ರತೆಯನ್ನು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ HVPE ವಿಧಾನದ 109-1010cm-2 ರಿಂದ ಸುಮಾರು 6×107cm-2 ಕ್ಕೆ ಇಳಿಸಲಾಯಿತು. ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ದರವು 75μm/h ಮೀರಿದಾಗ, ಮಾದರಿ ಮೇಲ್ಮೈ ಒರಟಾಗುತ್ತದೆ ಎಂದು ಅವರು ಪ್ರಯೋಗದಲ್ಲಿ ಗಮನಸೆಳೆದರು [8].

ಚಿತ್ರ 6 ಚಿತ್ರಾತ್ಮಕ ತಲಾಧಾರದ ರೇಖಾಚಿತ್ರ

V. ಸಾರಾಂಶ ಮತ್ತು ದೃಷ್ಟಿಕೋನ

2014 ರಲ್ಲಿ ನೀಲಿ ಬೆಳಕಿನ LED ಭೌತಶಾಸ್ತ್ರದಲ್ಲಿ ನೊಬೆಲ್ ಪ್ರಶಸ್ತಿಯನ್ನು ಗೆದ್ದಾಗ GaN ವಸ್ತುಗಳು ಹೊರಹೊಮ್ಮಲು ಪ್ರಾರಂಭಿಸಿದವು ಮತ್ತು ಗ್ರಾಹಕ ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನಿಕ್ಸ್ ಕ್ಷೇತ್ರದಲ್ಲಿ ಸಾರ್ವಜನಿಕರ ವೇಗದ ಚಾರ್ಜಿಂಗ್ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳ ಕ್ಷೇತ್ರವನ್ನು ಪ್ರವೇಶಿಸಿದವು. ವಾಸ್ತವವಾಗಿ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಜನರು ನೋಡಲಾಗದ 5G ಬೇಸ್ ಸ್ಟೇಷನ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಬಳಸಲಾಗುವ ಪವರ್ ಆಂಪ್ಲಿಫೈಯರ್‌ಗಳು ಮತ್ತು RF ಸಾಧನಗಳಲ್ಲಿನ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳು ಸಹ ಸದ್ದಿಲ್ಲದೆ ಹೊರಹೊಮ್ಮಿವೆ. ಇತ್ತೀಚಿನ ವರ್ಷಗಳಲ್ಲಿ, GaN-ಆಧಾರಿತ ಆಟೋಮೋಟಿವ್-ಗ್ರೇಡ್ ಪವರ್ ಸಾಧನಗಳ ಪ್ರಗತಿಯು GaN ವಸ್ತು ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್ ಮಾರುಕಟ್ಟೆಗೆ ಹೊಸ ಬೆಳವಣಿಗೆಯ ಬಿಂದುಗಳನ್ನು ತೆರೆಯುವ ನಿರೀಕ್ಷೆಯಿದೆ.
ಬೃಹತ್ ಮಾರುಕಟ್ಟೆ ಬೇಡಿಕೆಯು GaN-ಸಂಬಂಧಿತ ಕೈಗಾರಿಕೆಗಳು ಮತ್ತು ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿಯನ್ನು ಖಂಡಿತವಾಗಿಯೂ ಉತ್ತೇಜಿಸುತ್ತದೆ. GaN-ಸಂಬಂಧಿತ ಕೈಗಾರಿಕಾ ಸರಪಳಿಯ ಪರಿಪಕ್ವತೆ ಮತ್ತು ಸುಧಾರಣೆಯೊಂದಿಗೆ, ಪ್ರಸ್ತುತ GaN ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ಎದುರಿಸುತ್ತಿರುವ ಸಮಸ್ಯೆಗಳನ್ನು ಅಂತಿಮವಾಗಿ ಸುಧಾರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಅಥವಾ ನಿವಾರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಭವಿಷ್ಯದಲ್ಲಿ, ಜನರು ಖಂಡಿತವಾಗಿಯೂ ಹೆಚ್ಚು ಹೊಸ ಎಪಿಟಾಕ್ಸಿಯಲ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನಗಳನ್ನು ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚು ಅತ್ಯುತ್ತಮ ತಲಾಧಾರ ಆಯ್ಕೆಗಳನ್ನು ಅಭಿವೃದ್ಧಿಪಡಿಸುತ್ತಾರೆ. ಆ ಹೊತ್ತಿಗೆ, ಜನರು ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್ ಸನ್ನಿವೇಶಗಳ ಗುಣಲಕ್ಷಣಗಳ ಪ್ರಕಾರ ವಿಭಿನ್ನ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್ ಸನ್ನಿವೇಶಗಳಿಗೆ ಹೆಚ್ಚು ಸೂಕ್ತವಾದ ಬಾಹ್ಯ ಸಂಶೋಧನಾ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ ಮತ್ತು ತಲಾಧಾರವನ್ನು ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚು ಸ್ಪರ್ಧಾತ್ಮಕ ಕಸ್ಟಮೈಸ್ ಮಾಡಿದ ಉತ್ಪನ್ನಗಳನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಬಹುದು.