1. ເຄິ່ງຕົວນຳລຸ້ນທີສາມ
ເຕັກໂນໂລຊີເຄິ່ງຕົວນຳລຸ້ນທຳອິດໄດ້ຖືກພັດທະນາໂດຍອີງໃສ່ວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳເຊັ່ນ: Si ແລະ Ge. ມັນເປັນພື້ນຖານວັດສະດຸສຳລັບການພັດທະນາທຣານຊິດເຕີ ແລະ ເຕັກໂນໂລຊີວົງຈອນລວມ. ວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳລຸ້ນທຳອິດໄດ້ວາງພື້ນຖານໃຫ້ແກ່ອຸດສາຫະກຳເອເລັກໂຕຣນິກໃນສະຕະວັດທີ 20 ແລະ ເປັນວັດສະດຸພື້ນຖານສຳລັບເຕັກໂນໂລຊີວົງຈອນລວມ.
ວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳລຸ້ນທີສອງສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນປະກອບມີແກລຽມອາເຊໄນ, ອິນດຽມຟອສໄຟ, ແກລຽມຟອສໄຟ, ອິນດຽມອາເຊໄນ, ອາລູມິນຽມອາເຊໄນ ແລະ ທາດປະສົມສາມຊະນິດຂອງມັນ. ວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳລຸ້ນທີສອງແມ່ນພື້ນຖານຂອງອຸດສາຫະກຳຂໍ້ມູນຂ່າວສານອອບໂຕເອເລັກໂຕຣນິກ. ບົນພື້ນຖານນີ້, ອຸດສາຫະກຳທີ່ກ່ຽວຂ້ອງເຊັ່ນ: ໄຟສ່ອງສະຫວ່າງ, ຈໍສະແດງຜົນ, ເລເຊີ, ແລະ ໂຟໂຕໂຟຕອນໄດ້ຖືກພັດທະນາຂຶ້ນ. ພວກມັນຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນເຕັກໂນໂລຊີຂໍ້ມູນຂ່າວສານ ແລະ ອຸດສາຫະກຳຈໍສະແດງຜົນອອບໂຕເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ທັນສະໄໝ.
ວັດສະດຸຕົວແທນຂອງວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳລຸ້ນທີສາມປະກອບມີແກລຽມໄນໄຕຣດ ແລະ ຊິລິກອນຄາໄບ. ເນື່ອງຈາກຊ່ອງຫວ່າງແຖບກວ້າງ, ຄວາມໄວໃນການອີ່ມຕົວຂອງເອເລັກຕຣອນສູງ, ຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນສູງ, ແລະ ຄວາມແຮງຂອງສະໜາມແຕກຫັກສູງ, ພວກມັນເປັນວັດສະດຸທີ່ເໝາະສົມສຳລັບການກະກຽມອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ມີຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານສູງ, ຄວາມຖີ່ສູງ, ແລະ ການສູນເສຍຕ່ຳ. ໃນນັ້ນ, ອຸປະກອນພະລັງງານຊິລິກອນຄາໄບມີຂໍ້ດີຂອງຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານສູງ, ການໃຊ້ພະລັງງານຕ່ຳ, ແລະ ຂະໜາດນ້ອຍ, ແລະ ມີທ່າແຮງການນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນຍານພາຫະນະພະລັງງານໃໝ່, ພະລັງງານແສງອາທິດ, ການຂົນສົ່ງທາງລົດໄຟ, ຂໍ້ມູນຂະໜາດໃຫຍ່, ແລະ ຂົງເຂດອື່ນໆ. ອຸປະກອນ RF ແກລຽມໄນໄຕຣດມີຂໍ້ດີຂອງຄວາມຖີ່ສູງ, ພະລັງງານສູງ, ແບນວິດກວ້າງ, ການໃຊ້ພະລັງງານຕ່ຳ ແລະ ຂະໜາດນ້ອຍ, ແລະ ມີທ່າແຮງການນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນການສື່ສານ 5G, ອິນເຕີເນັດຂອງສິ່ງຕ່າງໆ, ເຣດາທະຫານ ແລະ ຂົງເຂດອື່ນໆ. ນອກຈາກນັ້ນ, ອຸປະກອນພະລັງງານທີ່ອີງໃສ່ແກລຽມໄນໄຕຣດໄດ້ຖືກນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນຂະແໜງແຮງດັນຕ່ຳ. ນອກຈາກນັ້ນ, ໃນຊຸມປີມໍ່ໆມານີ້, ວັດສະດຸແກລຽມອອກໄຊທີ່ເກີດຂຶ້ນໃໝ່ຄາດວ່າຈະສ້າງຄວາມສົມບູນທາງດ້ານເຕັກນິກກັບເຕັກໂນໂລຊີ SiC ແລະ GaN ທີ່ມີຢູ່ແລ້ວ, ແລະ ມີທ່າແຮງການນຳໃຊ້ທີ່ມີທ່າແຮງໃນຂະແໜງຄວາມຖີ່ຕ່ຳ ແລະ ແຮງດັນສູງ.
ເມື່ອປຽບທຽບກັບວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳລຸ້ນທີສອງ, ວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳລຸ້ນທີສາມມີຄວາມກວ້າງຂອງຊ່ອງຫວ່າງແບນວິດທີ່ກວ້າງກວ່າ (ຄວາມກວ້າງຂອງຊ່ອງຫວ່າງແບນວິດຂອງ Si, ວັດສະດຸທົ່ວໄປຂອງວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳລຸ້ນທຳອິດ, ແມ່ນປະມານ 1.1 eV, ຄວາມກວ້າງຂອງຊ່ອງຫວ່າງແບນວິດຂອງ GaAs, ວັດສະດຸທົ່ວໄປຂອງວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳລຸ້ນທີສອງ, ແມ່ນປະມານ 1.42 eV, ແລະຄວາມກວ້າງຂອງຊ່ອງຫວ່າງແບນວິດຂອງ GaN, ວັດສະດຸທົ່ວໄປຂອງວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳລຸ້ນທີສາມ, ແມ່ນສູງກວ່າ 2.3 eV), ມີຄວາມຕ້ານທານລັງສີທີ່ແຂງແຮງກວ່າ, ມີຄວາມຕ້ານທານຕໍ່ການແຕກແຍກຂອງສະໜາມໄຟຟ້າທີ່ແຂງແຮງກວ່າ, ແລະ ມີຄວາມຕ້ານທານອຸນຫະພູມທີ່ສູງຂຶ້ນ. ວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳລຸ້ນທີສາມທີ່ມີຄວາມກວ້າງຂອງຊ່ອງຫວ່າງແບນວິດທີ່ກວ້າງກວ່າແມ່ນເໝາະສົມໂດຍສະເພາະສຳລັບການຜະລິດອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ທົນທານຕໍ່ລັງສີ, ຄວາມຖີ່ສູງ, ພະລັງງານສູງ ແລະ ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງການເຊື່ອມໂຍງສູງ. ການນຳໃຊ້ຂອງພວກມັນໃນອຸປະກອນຄວາມຖີ່ວິທະຍຸໄມໂຄເວຟ, LEDs, ເລເຊີ, ອຸປະກອນພະລັງງານ ແລະ ຂົງເຂດອື່ນໆໄດ້ຮັບຄວາມສົນໃຈຫຼາຍ, ແລະ ພວກມັນສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມສົດໃສດ້ານການພັດທະນາຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນການສື່ສານມືຖື, ຕາຂ່າຍໄຟຟ້າອັດສະລິຍະ, ການຂົນສົ່ງທາງລົດໄຟ, ຍານພາຫະນະພະລັງງານໃໝ່, ເຄື່ອງໃຊ້ໄຟຟ້າສຳລັບຜູ້ບໍລິໂພກ, ແລະ ອຸປະກອນແສງອັນຕຣາໄວໂອເລັດ ແລະ ສີຟ້າ-ຂຽວ [1].
ແຫຼ່ງຮູບພາບ: CASA, ສະຖາບັນຄົ້ນຄວ້າຫຼັກຊັບ Zheshang
ຮູບທີ 1 ຂະໜາດເວລາ ແລະ ການຄາດຄະເນຂອງອຸປະກອນພະລັງງານ GaN
ໂຄງສ້າງ ແລະ ຄຸນລັກສະນະຂອງວັດສະດຸ GaN II
GaN ເປັນເຊມິຄອນດັກເຕີ bandgap ໂດຍກົງ. ຄວາມກວ້າງຂອງ bandgap ຂອງໂຄງສ້າງ wurtzite ທີ່ອຸນຫະພູມຫ້ອງແມ່ນປະມານ 3.26 eV. ວັດສະດຸ GaN ມີໂຄງສ້າງຜລຶກຫຼັກສາມຢ່າງຄື: ໂຄງສ້າງ wurtzite, ໂຄງສ້າງ sphalerite ແລະໂຄງສ້າງເກືອຫີນ. ໃນນັ້ນ, ໂຄງສ້າງ wurtzite ແມ່ນໂຄງສ້າງຜລຶກທີ່ໝັ້ນຄົງທີ່ສຸດ. ຮູບທີ 2 ແມ່ນແຜນວາດຂອງໂຄງສ້າງ wurtzite ຮູບຫົກຫຼ່ຽມຂອງ GaN. ໂຄງສ້າງ wurtzite ຂອງວັດສະດຸ GaN ເປັນຂອງໂຄງສ້າງທີ່ບັນຈຸຢ່າງໃກ້ຊິດຮູບຫົກຫຼ່ຽມ. ແຕ່ລະໜ່ວຍເຊວມີ 12 ອະຕອມ, ລວມທັງອະຕອມ N 6 ອະຕອມ ແລະອະຕອມ Ga 6 ອະຕອມ. ແຕ່ລະອະຕອມ Ga (N) ສ້າງພັນທະກັບອະຕອມ N (Ga) 4 ອັນທີ່ໃກ້ທີ່ສຸດ ແລະຖືກວາງຊ້ອນກັນຕາມລຳດັບຂອງ ABABAB… ຕາມທິດທາງ [0001] [2].
ຮູບທີ 2 ໂຄງສ້າງ Wurtzite ແຜນວາດຈຸລັງຜລຶກ GaN
III ວັດສະດຸກໍ່ສ້າງທີ່ໃຊ້ທົ່ວໄປສຳລັບ GaN epitaxy
ເບິ່ງຄືວ່າ epitaxy ທີ່ເປັນເອກະພາບໃນຊັ້ນຮອງ GaN ແມ່ນທາງເລືອກທີ່ດີທີ່ສຸດສຳລັບ epitaxy GaN. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເນື່ອງຈາກພະລັງງານພັນທະບັດຂະໜາດໃຫຍ່ຂອງ GaN, ເມື່ອອຸນຫະພູມບັນລຸຈຸດລະລາຍ 2500 ℃, ຄວາມດັນການເນົ່າເປື່ອຍທີ່ສອດຄ້ອງກັນຂອງມັນແມ່ນປະມານ 4.5GPa. ເມື່ອຄວາມດັນການເນົ່າເປື່ອຍຕ່ຳກວ່າຄວາມດັນນີ້, GaN ຈະບໍ່ລະລາຍແຕ່ເນົ່າເປື່ອຍໂດຍກົງ. ສິ່ງນີ້ເຮັດໃຫ້ເຕັກໂນໂລຊີການກະກຽມຊັ້ນຮອງທີ່ເຕີບໃຫຍ່ເຕັມທີ່ເຊັ່ນວິທີການ Czochralski ບໍ່ເໝາະສົມສຳລັບການກະກຽມຊັ້ນຮອງ GaN ຜລຶກດຽວ, ເຮັດໃຫ້ຊັ້ນຮອງ GaN ຍາກທີ່ຈະຜະລິດເປັນຈຳນວນຫຼວງຫຼາຍ ແລະ ມີລາຄາແພງ. ດັ່ງນັ້ນ, ຊັ້ນຮອງທີ່ໃຊ້ທົ່ວໄປໃນການເຕີບໂຕ epitaxial GaN ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນ Si, SiC, sapphire, ແລະອື່ນໆ. [3].
ຕາຕະລາງທີ 3 GaN ແລະພາລາມິເຕີຂອງວັດສະດຸພື້ນຖານທີ່ໃຊ້ທົ່ວໄປ
epitaxy GaN ເທິງ sapphire
ໄພລິນມີຄຸນສົມບັດທາງເຄມີທີ່ໝັ້ນຄົງ, ລາຄາຖືກ, ແລະ ມີຄວາມເຕີບໃຫຍ່ໄວໃນອຸດສາຫະກຳການຜະລິດຂະໜາດໃຫຍ່. ດັ່ງນັ້ນ, ມັນຈຶ່ງກາຍເປັນໜຶ່ງໃນວັດສະດຸພື້ນຖານທີ່ເກົ່າແກ່ທີ່ສຸດ ແລະ ຖືກນຳໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງທີ່ສຸດໃນວິສະວະກຳອຸປະກອນເຄິ່ງຕົວນຳ. ໃນຖານະເປັນໜຶ່ງໃນວັດສະດຸພື້ນຖານທີ່ໃຊ້ທົ່ວໄປສຳລັບ GaN epitaxy, ບັນຫາຫຼັກທີ່ຕ້ອງໄດ້ຮັບການແກ້ໄຂສຳລັບວັດສະດຸພື້ນຖານໄພລິນແມ່ນ:
✔ ເນື່ອງຈາກຄວາມບໍ່ກົງກັນຂອງໂຄງສ້າງຂະໜາດໃຫຍ່ລະຫວ່າງ sapphire (Al2O3) ແລະ GaN (ປະມານ 15%), ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງຂໍ້ບົກຜ່ອງຢູ່ຈຸດເຊື່ອມຕໍ່ລະຫວ່າງຊັ້ນ epitaxial ແລະຊັ້ນຮອງພື້ນແມ່ນສູງຫຼາຍ. ເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນຜົນກະທົບທີ່ບໍ່ດີຂອງມັນ, ຊັ້ນຮອງພື້ນຕ້ອງໄດ້ຮັບການປະຕິບັດໜ້າທີ່ທີ່ສັບສົນກ່ອນທີ່ຂະບວນການ epitaxial ຈະເລີ່ມຕົ້ນ. ກ່ອນທີ່ຈະປູກ epitaxial GaN ໃສ່ຊັ້ນຮອງພື້ນ sapphire, ໜ້າຜິວຊັ້ນຮອງພື້ນຕ້ອງໄດ້ຮັບການທຳຄວາມສະອາດຢ່າງເຂັ້ມງວດກ່ອນເພື່ອກຳຈັດສິ່ງປົນເປື້ອນ, ຄວາມເສຍຫາຍຈາກການຂັດເງົາທີ່ເຫຼືອ, ແລະອື່ນໆ, ແລະເພື່ອຜະລິດໂຄງສ້າງໜ້າຜິວຂັ້ນໄດ ແລະ ຂັ້ນຕອນຕ່າງໆ. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ໜ້າຜິວຊັ້ນຮອງພື້ນຈະຖືກ nitrid ເພື່ອປ່ຽນຄຸນສົມບັດການຊຸ່ມຂອງຊັ້ນ epitaxial. ສຸດທ້າຍ, ຊັ້ນບັຟເຟີ AlN ບາງໆ (ໂດຍປົກກະຕິແລ້ວໜາ 10-100nm) ຕ້ອງໄດ້ວາງໄວ້ເທິງໜ້າຜິວຊັ້ນຮອງພື້ນ ແລະ ອົບແຫ້ງໃນອຸນຫະພູມຕ່ຳເພື່ອກະກຽມສຳລັບການເຕີບໂຕຂອງ epitaxial ສຸດທ້າຍ. ເຖິງຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງການເຄື່ອນທີ່ໃນຟິມ epitaxial GaN ທີ່ປູກຢູ່ເທິງຊັ້ນຮອງ sapphire ຍັງສູງກວ່າຟິມ homoepitaxial (ປະມານ 1010cm-2, ເມື່ອທຽບກັບຄວາມໜາແໜ້ນຂອງການເຄື່ອນທີ່ສູນໃນຟິມ homoepitaxial silicon ຫຼືຟິມ homoepitaxial gallium arsenide, ຫຼືລະຫວ່າງ 102 ແລະ 104cm-2). ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງຂໍ້ບົກຜ່ອງທີ່ສູງຂຶ້ນຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນການເຄື່ອນທີ່ຂອງຕົວນຳ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງເຮັດໃຫ້ອາຍຸການໃຊ້ງານຂອງຕົວນຳສ່ວນນ້ອຍສັ້ນລົງ ແລະ ຫຼຸດຜ່ອນຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນ, ເຊິ່ງທັງໝົດນີ້ຈະຫຼຸດຜ່ອນປະສິດທິພາບຂອງອຸປະກອນ [4];
✔ ຄ່າສຳປະສິດການຂະຫຍາຍຕົວທາງຄວາມຮ້ອນຂອງ sapphire ແມ່ນສູງກວ່າຂອງ GaN, ດັ່ງນັ້ນຄວາມກົດດັນອັດສອງແກນຈະຖືກສ້າງຂຶ້ນໃນຊັ້ນ epitaxial ໃນລະຫວ່າງຂະບວນການເຮັດໃຫ້ເຢັນລົງຈາກອຸນຫະພູມການວາງຊັ້ນຈົນເຖິງອຸນຫະພູມຫ້ອງ. ສຳລັບຟິມ epitaxial ທີ່ໜາກວ່າ, ຄວາມກົດດັນນີ້ອາດຈະເຮັດໃຫ້ເກີດການແຕກຂອງຟິມ ຫຼື ແມ່ນແຕ່ຊັ້ນຮອງພື້ນ;
✔ ເມື່ອປຽບທຽບກັບວັດສະດຸອື່ນໆ, ການນຳຄວາມຮ້ອນຂອງວັດສະດຸ sapphire ແມ່ນຕ່ຳກວ່າ (ປະມານ 0.25W*cm-1*K-1 ທີ່ 100℃), ແລະປະສິດທິພາບການລະບາຍຄວາມຮ້ອນແມ່ນບໍ່ດີ;
✔ ເນື່ອງຈາກມີຄວາມນຳໄຟຟ້າທີ່ບໍ່ດີ, ຊັ້ນຮອງພື້ນ sapphire ຈຶ່ງບໍ່ເອື້ອອຳນວຍຕໍ່ການເຊື່ອມໂຍງ ແລະ ການນຳໃຊ້ກັບອຸປະກອນເຄິ່ງຕົວນຳອື່ນໆ.
ເຖິງແມ່ນວ່າຄວາມໜາແໜ້ນຂອງຂໍ້ບົກຜ່ອງຂອງຊັ້ນ epitaxial GaN ທີ່ປູກຢູ່ເທິງຊັ້ນຮອງພື້ນ sapphire ແມ່ນສູງ, ແຕ່ມັນເບິ່ງຄືວ່າບໍ່ໄດ້ຫຼຸດຜ່ອນປະສິດທິພາບ optoelectronic ຂອງ LED ສີຟ້າ-ຂຽວທີ່ອີງໃສ່ GaN ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ສະນັ້ນຊັ້ນຮອງພື້ນ sapphire ຍັງເປັນຊັ້ນຮອງພື້ນທີ່ໃຊ້ທົ່ວໄປສຳລັບ LED ທີ່ອີງໃສ່ GaN.
ດ້ວຍການພັດທະນາການນຳໃຊ້ອຸປະກອນ GaN ໃໝ່ໆຫຼາຍຂຶ້ນ ເຊັ່ນ: ເລເຊີ ຫຼື ອຸປະກອນພະລັງງານທີ່ມີຄວາມໜາແໜ້ນສູງອື່ນໆ, ຂໍ້ບົກຜ່ອງພາຍໃນຂອງຊັ້ນຮອງພື້ນ sapphire ໄດ້ກາຍເປັນຂໍ້ຈຳກັດໃນການນຳໃຊ້ຂອງມັນເພີ່ມຂຶ້ນເລື້ອຍໆ. ນອກຈາກນັ້ນ, ດ້ວຍການພັດທະນາເຕັກໂນໂລຊີການເຕີບໂຕຂອງຊັ້ນຮອງພື້ນ SiC, ການຫຼຸດຜ່ອນຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ ແລະ ຄວາມສົມບູນຂອງເຕັກໂນໂລຊີ epitaxial GaN ໃນຊັ້ນຮອງພື້ນ Si, ການຄົ້ນຄວ້າເພີ່ມເຕີມກ່ຽວກັບການເຕີບໂຕຂອງຊັ້ນ epitaxial GaN ໃນຊັ້ນຮອງພື້ນ sapphire ໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນແນວໂນ້ມທີ່ເຢັນລົງເທື່ອລະກ້າວ.
ການແຍກທາດ GaN ໃນ SiC
ເມື່ອປຽບທຽບກັບ sapphire, ຊັ້ນ SiC (4H- ແລະ 6H-crystals) ມີ lattice ທີ່ບໍ່ກົງກັນນ້ອຍກວ່າກັບຊັ້ນ epitaxial GaN (3.1%, ເທົ່າກັບຟິມ epitaxial ທີ່ມຸ່ງເນັ້ນ [0001]), ຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນສູງກວ່າ (ປະມານ 3.8W*cm-1*K-1), ແລະອື່ນໆ. ນອກຈາກນັ້ນ, ຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນຂອງຊັ້ນ SiC ຍັງຊ່ວຍໃຫ້ສາມາດຕິດຕໍ່ທາງໄຟຟ້າໄດ້ຢູ່ດ້ານຫຼັງຂອງຊັ້ນ, ເຊິ່ງຊ່ວຍໃຫ້ໂຄງສ້າງອຸປະກອນງ່າຍຂຶ້ນ. ການມີຂໍ້ໄດ້ປຽບເຫຼົ່ານີ້ໄດ້ດຶງດູດນັກຄົ້ນຄວ້າຫຼາຍຂຶ້ນເລື້ອຍໆໃຫ້ເຮັດວຽກກ່ຽວກັບ epitaxy GaN ໃນຊັ້ນ silicon carbide.
ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ການເຮັດວຽກໂດຍກົງໃສ່ຊັ້ນ SiC ເພື່ອຫຼີກເວັ້ນການເຕີບໃຫຍ່ຂອງຊັ້ນ epilayer GaN ຍັງປະເຊີນກັບຂໍ້ເສຍປຽບຫຼາຍຢ່າງ, ລວມທັງສິ່ງຕໍ່ໄປນີ້:
✔ ຄວາມຫຍາບຂອງພື້ນຜິວຂອງຊັ້ນ SiC ແມ່ນສູງກວ່າຊັ້ນ sapphire ຫຼາຍ (ຄວາມຫຍາບຂອງ sapphire 0.1nm RMS, ຄວາມຫຍາບຂອງ SiC 1nm RMS), ຊັ້ນ SiC ມີຄວາມແຂງສູງ ແລະ ປະສິດທິພາບການປະມວນຜົນທີ່ບໍ່ດີ, ແລະ ຄວາມຫຍາບ ແລະ ຄວາມເສຍຫາຍຈາກການຂັດເງົາທີ່ຍັງເຫຼືອນີ້ຍັງເປັນແຫຼ່ງໜຶ່ງຂອງຂໍ້ບົກຜ່ອງໃນຊັ້ນ epidermal GaN.
✔ ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງການເຄື່ອນທີ່ຂອງສະກູຂອງຊັ້ນຮອງ SiC ແມ່ນສູງ (ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງການເຄື່ອນທີ່ 103-104cm-2), ການເຄື່ອນທີ່ຂອງສະກູອາດຈະແຜ່ລາມໄປຫາຊັ້ນ epithelial GaN ແລະ ຫຼຸດປະສິດທິພາບຂອງອຸປະກອນ;
✔ ການຈັດລຽງຂອງອະຕອມຢູ່ເທິງໜ້າດິນຂອງຊັ້ນໃຕ້ດິນເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມຜິດປົກກະຕິຂອງການຊ້ອນກັນ (BSFs) ໃນຊັ້ນ epitaxial GaN. ສຳລັບ GaN epitaxial ເທິງຊັ້ນໃຕ້ດິນ SiC, ມີຫຼາຍລຳດັບການຈັດລຽງຂອງອະຕອມທີ່ເປັນໄປໄດ້ຢູ່ເທິງຊັ້ນໃຕ້ດິນ, ເຊິ່ງສົ່ງຜົນໃຫ້ລຳດັບການຊ້ອນກັນຂອງອະຕອມເບື້ອງຕົ້ນທີ່ບໍ່ສອດຄ່ອງກັນຂອງຊັ້ນ GaN epitaxial ເທິງມັນ, ເຊິ່ງມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະເກີດຄວາມຜິດປົກກະຕິຂອງການຊ້ອນກັນ. ຄວາມຜິດປົກກະຕິຂອງການຊ້ອນກັນ (SFs) ເຮັດໃຫ້ເກີດສະໜາມໄຟຟ້າໃນຕົວຕາມແກນ c, ເຊິ່ງນຳໄປສູ່ບັນຫາຕ່າງໆເຊັ່ນ: ການຮົ່ວໄຫຼຂອງອຸປະກອນແຍກຕົວໃນແຜ່ນ;
✔ ສຳປະສິດການຂະຫຍາຍຕົວທາງຄວາມຮ້ອນຂອງຊັ້ນ SiC ມີຂະໜາດນ້ອຍກວ່າ AlN ແລະ GaN, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ເກີດການສະສົມຄວາມກົດດັນທາງຄວາມຮ້ອນລະຫວ່າງຊັ້ນ epitaxial ແລະຊັ້ນ substrate ໃນລະຫວ່າງຂະບວນການເຮັດຄວາມເຢັນ. Waltereit ແລະ Brand ໄດ້ຄາດຄະເນໂດຍອີງໃສ່ຜົນການຄົ້ນຄວ້າຂອງເຂົາເຈົ້າວ່າບັນຫານີ້ສາມາດຫຼຸດຜ່ອນຫຼືແກ້ໄຂໄດ້ໂດຍການປູກຊັ້ນ epitaxial GaN ໃສ່ຊັ້ນ nucleation AlN ບາງໆທີ່ມີຄວາມເຄັ່ງຕຶງເປັນເອກະພາບ;
✔ ບັນຫາຄວາມຊຸ່ມຊື່ນທີ່ບໍ່ດີຂອງອະຕອມ Ga. ເມື່ອປູກຊັ້ນ epitaxial GaN ໂດຍກົງໃສ່ໜ້າດິນ SiC, ເນື່ອງຈາກຄວາມຊຸ່ມຊື່ນທີ່ບໍ່ດີລະຫວ່າງສອງອະຕອມ, GaN ມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະເກີດການເຕີບໃຫຍ່ຂອງເກາະ 3D ເທິງໜ້າດິນຂອງຊັ້ນໃຕ້ດິນ. ການແນະນຳຊັ້ນບັບເຟີແມ່ນວິທີແກ້ໄຂທີ່ນິຍົມໃຊ້ຫຼາຍທີ່ສຸດເພື່ອປັບປຸງຄຸນນະພາບຂອງວັດສະດຸ epitaxial ໃນ epitaxy GaN. ການແນະນຳຊັ້ນບັບເຟີ AlN ຫຼື AlxGa1-xN ສາມາດປັບປຸງຄວາມຊຸ່ມຊື່ນຂອງໜ້າດິນ SiC ໄດ້ຢ່າງມີປະສິດທິພາບ ແລະ ເຮັດໃຫ້ຊັ້ນ epitaxial GaN ເຕີບໂຕໃນສອງມິຕິ. ນອກຈາກນັ້ນ, ມັນຍັງສາມາດຄວບຄຸມຄວາມກົດດັນ ແລະ ປ້ອງກັນຂໍ້ບົກຜ່ອງຂອງຊັ້ນໃຕ້ດິນຈາກການຂະຫຍາຍໄປຫາ epitaxy GaN;
✔ ເຕັກໂນໂລຊີການກະກຽມວັດສະດຸ SiC ຍັງບໍ່ທັນສຳເລັດ, ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຂອງວັດສະດຸສູງ, ແລະ ມີຜູ້ສະໜອງໜ້ອຍ ແລະ ການສະໜອງໜ້ອຍ.
ການຄົ້ນຄວ້າຂອງ Torres ແລະ ທີມງານສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າການແກະສະຫຼັກຊັ້ນ SiC ດ້ວຍ H2 ທີ່ອຸນຫະພູມສູງ (1600°C) ກ່ອນ epitaxy ສາມາດຜະລິດໂຄງສ້າງຂັ້ນຕອນທີ່ເປັນລະບຽບຫຼາຍຂຶ້ນເທິງໜ້າຜິວຊັ້ນ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງໄດ້ຮັບຟິມ epitaxial AlN ທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງກວ່າເວລາທີ່ມັນຖືກປູກໂດຍກົງເທິງໜ້າຜິວຊັ້ນເດີມ. ການຄົ້ນຄວ້າຂອງ Xie ແລະທີມງານຂອງລາວຍັງສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າການແກະສະຫຼັກຊັ້ນຊິລິກອນຄາໄບກ່ອນສາມາດປັບປຸງຮູບຮ່າງໜ້າຜິວ ແລະ ຄຸນນະພາບຂອງຜລຶກຂອງຊັ້ນ epitaxial GaN ໄດ້ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. Smith ແລະ ທີມງານພົບວ່າການເຄື່ອນທີ່ຂອງເສັ້ນດ້າຍທີ່ມາຈາກຊັ້ນຊັ້ນ/ບັຟເຟີ ແລະ ໜ້າຜິວຊັ້ນບັຟເຟີ/ຊັ້ນ epitaxial ແມ່ນກ່ຽວຂ້ອງກັບຄວາມຮາບພຽງຂອງຊັ້ນຊັ້ນ [5].
ຮູບທີ 4 ຮູບຮ່າງ TEM ຂອງຕົວຢ່າງຊັ້ນ epitaxial GaN ທີ່ປູກຢູ່ເທິງຊັ້ນຮອງພື້ນ 6H-SiC (0001) ພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂການປິ່ນປົວພື້ນຜິວທີ່ແຕກຕ່າງກັນ (a) ການເຮັດຄວາມສະອາດທາງເຄມີ; (b) ການເຮັດຄວາມສະອາດທາງເຄມີ + ການປິ່ນປົວດ້ວຍໄຮໂດຣເຈນພລາສມາ; (c) ການເຮັດຄວາມສະອາດທາງເຄມີ + ການປິ່ນປົວດ້ວຍໄຮໂດຣເຈນພລາສມາ + ການປິ່ນປົວດ້ວຍຄວາມຮ້ອນໄຮໂດຣເຈນ 1300℃ ເປັນເວລາ 30 ນາທີ
epitaxy GaN ເທິງ Si
ເມື່ອປຽບທຽບກັບຊິລິກອນຄາໄບ, ແຊຟໄຟ ແລະ ວັດສະດຸອື່ນໆ, ຂະບວນການກະກຽມວັດສະດຸຊິລິກອນແມ່ນສຳເລັດຮູບແລ້ວ, ແລະ ມັນສາມາດສະໜອງວັດສະດຸຂະໜາດໃຫຍ່ທີ່ສຳເລັດຮູບໄດ້ຢ່າງໝັ້ນຄົງດ້ວຍປະສິດທິພາບດ້ານຕົ້ນທຶນສູງ. ໃນເວລາດຽວກັນ, ຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນ ແລະ ຄວາມນຳໄຟຟ້າແມ່ນດີ, ແລະ ຂະບວນການອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກ Si ແມ່ນສຳເລັດຮູບແລ້ວ. ຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງການເຊື່ອມໂຍງອຸປະກອນ GaN ທາງອອບໂຕເອເລັກໂຕຣນິກກັບອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກ Si ຢ່າງສົມບູນໃນອະນາຄົດຍັງເຮັດໃຫ້ການເຕີບໂຕຂອງ epitaxy GaN ໃນຊິລິກອນມີຄວາມໜ້າສົນໃຈຫຼາຍ.
ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເນື່ອງຈາກຄວາມແຕກຕ່າງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຂອງຄ່າຄົງທີ່ຂອງ lattice ລະຫວ່າງ substrate Si ແລະວັດສະດຸ GaN, epitaxy ທີ່ບໍ່ເປັນເອກະພາບຂອງ GaN ເທິງ substrate Si ແມ່ນ epitaxy ທີ່ບໍ່ກົງກັນຂະໜາດໃຫຍ່ທົ່ວໄປ, ແລະມັນຍັງຕ້ອງປະເຊີນກັບບັນຫາຫຼາຍຢ່າງ:
✔ ບັນຫາພະລັງງານຕໍ່ໜ້າຜິວ. ເມື່ອ GaN ເຕີບໂຕຢູ່ເທິງຊັ້ນຮອງພື້ນ Si, ໜ້າຜິວຂອງຊັ້ນຮອງພື້ນ Si ຈະຖືກໄນໄຕຣດກ່ອນເພື່ອສ້າງຊັ້ນຊິລິກອນໄນໄຕຣດທີ່ບໍ່ມີຮູບຮ່າງ ເຊິ່ງບໍ່ເອື້ອອຳນວຍຕໍ່ການເກີດນິວເຄຼຍ ແລະ ການເຕີບໂຕຂອງ GaN ທີ່ມີຄວາມໜາແໜ້ນສູງ. ນອກຈາກນັ້ນ, ໜ້າຜິວ Si ຈະສຳຜັດກັບ Ga ກ່ອນ, ເຊິ່ງຈະເຮັດໃຫ້ໜ້າຜິວຂອງຊັ້ນຮອງພື້ນ Si ເສື່ອມສະພາບ. ໃນອຸນຫະພູມສູງ, ການເນົ່າເປື່ອຍຂອງໜ້າຜິວ Si ຈະແຜ່ກະຈາຍໄປສູ່ຊັ້ນ epitaxial GaN ເພື່ອສ້າງຈຸດສີດຳຂອງຊິລິກອນ.
✔ ຄວາມບໍ່ກົງກັນຂອງໂຄງສ້າງຄົງທີ່ລະຫວ່າງ GaN ແລະ Si ແມ່ນໃຫຍ່ (~17%), ເຊິ່ງຈະນໍາໄປສູ່ການສ້າງຄວາມຜິດປົກກະຕິຂອງເສັ້ນດ້າຍທີ່ມີຄວາມໜາແໜ້ນສູງ ແລະ ຫຼຸດຜ່ອນຄຸນນະພາບຂອງຊັ້ນ epitaxial ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ;
✔ ເມື່ອປຽບທຽບກັບ Si, GaN ມີສຳປະສິດການຂະຫຍາຍຕົວທາງຄວາມຮ້ອນທີ່ໃຫຍ່ກວ່າ (ສຳປະສິດການຂະຫຍາຍຕົວທາງຄວາມຮ້ອນຂອງ GaN ແມ່ນປະມານ 5.6 × 10-6K-1, ສຳປະສິດການຂະຫຍາຍຕົວທາງຄວາມຮ້ອນຂອງ Si ແມ່ນປະມານ 2.6 × 10-6K-1), ແລະຮອຍແຕກອາດຈະເກີດຂຶ້ນໃນຊັ້ນ epitaxial GaN ໃນລະຫວ່າງການເຮັດໃຫ້ອຸນຫະພູມ epitaxial ເຢັນລົງເຖິງອຸນຫະພູມຫ້ອງ;
✔ Si ປະຕິກິລິຍາກັບ NH3 ທີ່ອຸນຫະພູມສູງເພື່ອສ້າງ SiNx ຫຼາຍຜລຶກ. AlN ບໍ່ສາມາດສ້າງນິວເຄຼຍສທີ່ມີທິດທາງທີ່ເໝາະສົມໃນ SiNx ຫຼາຍຜລຶກ, ເຊິ່ງນຳໄປສູ່ທິດທາງທີ່ບໍ່ເປັນລະບຽບຂອງຊັ້ນ GaN ທີ່ເຕີບໃຫຍ່ຕໍ່ມາ ແລະ ມີຂໍ້ບົກຜ່ອງຈຳນວນຫຼາຍ, ເຊິ່ງສົ່ງຜົນໃຫ້ຄຸນນະພາບຜລຶກຂອງຊັ້ນ epitaxial GaN ທີ່ບໍ່ດີ, ແລະ ແມ່ນແຕ່ມີຄວາມຫຍຸ້ງຍາກໃນການສ້າງຊັ້ນ epitaxial GaN ຜລຶກດຽວ [6].
ເພື່ອແກ້ໄຂບັນຫາຂອງຄວາມບໍ່ກົງກັນຂອງໂຄງສ້າງຂະໜາດໃຫຍ່, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ພະຍາຍາມນຳສະເໜີວັດສະດຸເຊັ່ນ AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO, ແລະ SiC ເປັນຊັ້ນບັຟເຟີໃນຊັ້ນຮອງພື້ນ Si. ເພື່ອຫຼີກລ່ຽງການສ້າງ SiNx ທີ່ມີຫຼາຍຜລຶກ ແລະ ຫຼຸດຜ່ອນຜົນກະທົບທີ່ບໍ່ດີຕໍ່ຄຸນນະພາບຂອງຜລຶກຂອງວັດສະດຸ GaN/AlN/Si (111), TMAl ໂດຍປົກກະຕິແລ້ວຕ້ອງໄດ້ນຳສະເໜີເປັນໄລຍະເວລາໃດໜຶ່ງກ່ອນການເຕີບໂຕຂອງຊັ້ນບັຟເຟີ AlN ແບບ epitaxial ເພື່ອປ້ອງກັນບໍ່ໃຫ້ NH3 ປະຕິກິລິຍາກັບພື້ນຜິວ Si ທີ່ຖືກເປີດເຜີຍເພື່ອສ້າງ SiNx. ນອກຈາກນັ້ນ, ເຕັກໂນໂລຊີ epitaxial ເຊັ່ນ: ເຕັກໂນໂລຊີຊັ້ນຮອງພື້ນທີ່ມີຮູບແບບສາມາດນຳໃຊ້ເພື່ອປັບປຸງຄຸນນະພາບຂອງຊັ້ນ epitaxial. ການພັດທະນາເຕັກໂນໂລຊີເຫຼົ່ານີ້ຊ່ວຍຍັບຍັ້ງການສ້າງ SiNx ຢູ່ທີ່ໜ້າຕ່າງ epitaxial, ສົ່ງເສີມການເຕີບໂຕສອງມິຕິຂອງຊັ້ນ epitaxial GaN, ແລະ ປັບປຸງຄຸນນະພາບການເຕີບໂຕຂອງຊັ້ນ epitaxial. ນອກຈາກນັ້ນ, ຊັ້ນບັຟເຟີ AlN ຖືກນຳສະເໜີເພື່ອຊົດເຊີຍຄວາມກົດດັນ tensile ທີ່ເກີດຈາກຄວາມແຕກຕ່າງຂອງສຳປະສິດການຂະຫຍາຍຕົວທາງຄວາມຮ້ອນເພື່ອຫຼີກລ່ຽງຮອຍແຕກໃນຊັ້ນ epitaxial GaN ໃນຊັ້ນຮອງພື້ນຊິລິກອນ. ການຄົ້ນຄວ້າຂອງ Krost ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າມີຄວາມສຳພັນໃນທາງບວກລະຫວ່າງຄວາມໜາຂອງຊັ້ນບັຟເຟີ AlN ແລະ ການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມເຄັ່ງຕຶງ. ເມື່ອຄວາມໜາຂອງຊັ້ນບັຟເຟີບັນລຸ 12 nm, ຊັ້ນ epitaxial ທີ່ໜາກວ່າ 6μm ສາມາດເຕີບໂຕໄດ້ເທິງຊັ້ນຊິລິໂຄນຜ່ານແຜນການເຕີບໂຕທີ່ເໝາະສົມໂດຍບໍ່ມີການແຕກຂອງຊັ້ນ epitaxial.
ຫຼັງຈາກຄວາມພະຍາຍາມໃນໄລຍະຍາວຂອງນັກຄົ້ນຄວ້າ, ຄຸນນະພາບຂອງຊັ້ນ epitaxial GaN ທີ່ປູກຢູ່ເທິງຊັ້ນຮອງພື້ນຊິລິໂຄນໄດ້ຮັບການປັບປຸງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ແລະອຸປະກອນຕ່າງໆເຊັ່ນ: ທຣານຊິດເຕີຜົນກະທົບພາກສະໜາມ, ເຄື່ອງກວດຈັບລັງສີອັລຕຣາໄວໂອເລັດ Schottky, ໄຟ LED ສີຟ້າ-ຂຽວ ແລະ ເລເຊີອັລຕຣາໄວໂອເລັດ ມີຄວາມຄືບໜ້າຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ.
ສະຫຼຸບແລ້ວ, ເນື່ອງຈາກຊັ້ນຮອງພື້ນ GaN epitaxial ທີ່ນິຍົມໃຊ້ກັນທົ່ວໄປແມ່ນ epitaxy ທີ່ບໍ່ເປັນເອກະພາບ, ພວກມັນທັງໝົດປະເຊີນກັບບັນຫາທົ່ວໄປເຊັ່ນ: ຄວາມບໍ່ກົງກັນຂອງໂຄງສ້າງ ແລະ ຄວາມແຕກຕ່າງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໃນສຳປະສິດການຂະຫຍາຍຕົວທາງຄວາມຮ້ອນໃນລະດັບທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ຊັ້ນຮອງພື້ນ GaN epitaxial ທີ່ເປັນເອກະພາບແມ່ນຖືກຈຳກັດໂດຍຄວາມສຳເລັດຂອງເຕັກໂນໂລຢີ, ແລະຊັ້ນຮອງພື້ນຍັງບໍ່ທັນໄດ້ຜະລິດເປັນຈຳນວນຫຼວງຫຼາຍ. ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນການຜະລິດສູງ, ຂະໜາດຊັ້ນຮອງພື້ນມີຂະໜາດນ້ອຍ, ແລະ ຄຸນນະພາບຂອງຊັ້ນຮອງພື້ນບໍ່ເໝາະສົມ. ການພັດທະນາຊັ້ນຮອງພື້ນ GaN epitaxial ໃໝ່ ແລະ ການປັບປຸງຄຸນນະພາບຂອງ epitaxial ຍັງເປັນໜຶ່ງໃນປັດໃຈສຳຄັນທີ່ຈຳກັດການພັດທະນາຕື່ມອີກຂອງອຸດສາຫະກຳ epitaxial GaN.
IV. ວິທີການທົ່ວໄປສໍາລັບການ epitaxy GaN
ການວາງອາຍເຄມີ (MOCVD)
ເບິ່ງຄືວ່າ epitaxy ທີ່ເປັນເອກະພາບໃນຊັ້ນຮອງ GaN ແມ່ນທາງເລືອກທີ່ດີທີ່ສຸດສຳລັບ epitaxy GaN. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເນື່ອງຈາກຕົວກ່ອນຂອງການຕົກຕະກອນໄອນ້ຳເຄມີແມ່ນ trimethylgallium ແລະ ammonia, ແລະອາຍແກັສພາຫະນະແມ່ນ hydrogen, ອຸນຫະພູມການເຕີບໂຕຂອງ MOCVD ໂດຍທົ່ວໄປແມ່ນປະມານ 1000-1100 ℃, ແລະອັດຕາການເຕີບໂຕຂອງ MOCVD ແມ່ນປະມານສອງສາມໄມຄຣອນຕໍ່ຊົ່ວໂມງ. ມັນສາມາດຜະລິດອິນເຕີເຟດທີ່ຊັນຢູ່ໃນລະດັບອະຕອມ, ເຊິ່ງເໝາະສົມຫຼາຍສຳລັບການປູກ heterojunctions, quantum wells, superlattices ແລະໂຄງສ້າງອື່ນໆ. ອັດຕາການເຕີບໂຕໄວ, ຄວາມສະເໝີພາບທີ່ດີ, ແລະຄວາມເໝາະສົມສຳລັບການເຕີບໂຕໃນພື້ນທີ່ຂະໜາດໃຫຍ່ ແລະຫຼາຍຊິ້ນສ່ວນມັກຖືກນຳໃຊ້ໃນການຜະລິດອຸດສາຫະກຳ.
MBE (ການແຍກລຳແສງໂມເລກຸນ)
ໃນການສະແກນລຳແສງໂມເລກຸນ, Ga ໃຊ້ແຫຼ່ງທາດ, ແລະໄນໂຕຣເຈນທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວແມ່ນໄດ້ມາຈາກໄນໂຕຣເຈນຜ່ານ RF plasma. ເມື່ອປຽບທຽບກັບວິທີການ MOCVD, ອຸນຫະພູມການເຕີບໂຕຂອງ MBE ແມ່ນຕໍ່າກວ່າປະມານ 350-400 ℃. ອຸນຫະພູມການເຕີບໂຕທີ່ຕ່ຳກວ່າສາມາດຫຼີກລ່ຽງມົນລະພິດບາງຢ່າງທີ່ອາດຈະເກີດຈາກສະພາບແວດລ້ອມທີ່ມີອຸນຫະພູມສູງ. ລະບົບ MBE ເຮັດວຽກພາຍໃຕ້ສູນຍາກາດສູງຫຼາຍ, ເຊິ່ງຊ່ວຍໃຫ້ມັນສາມາດລວມເອົາວິທີການກວດຈັບໃນສະຖານທີ່ໄດ້ຫຼາຍຂຶ້ນ. ໃນເວລາດຽວກັນ, ອັດຕາການເຕີບໂຕ ແລະ ຄວາມສາມາດໃນການຜະລິດຂອງມັນບໍ່ສາມາດປຽບທຽບກັບ MOCVD ໄດ້, ແລະ ມັນຖືກນຳໃຊ້ຫຼາຍຂຶ້ນໃນການຄົ້ນຄວ້າວິທະຍາສາດ [7].
ຮູບທີ 5 (a) Eiko-MBE schematic (b) MBE main reaction chamber schematic
ວິທີການ HVPE (ການລະບາດຂອງໄອນ້ຳໄຮດຣອຍ)
ຕົວກ່ອນຂອງວິທີການ epitaxy ໄລຍະໄອ hydride ແມ່ນ GaCl3 ແລະ NH3. Detchprohm ແລະ ທີມງານ ໄດ້ໃຊ້ວິທີການນີ້ເພື່ອປູກຊັ້ນ epitaxial GaN ໜາຫຼາຍຮ້ອຍໄມຄຣອນ ເທິງໜ້າດິນຂອງຊັ້ນ sapphire. ໃນການທົດລອງຂອງເຂົາເຈົ້າ, ຊັ້ນຂອງ ZnO ໄດ້ຖືກປູກລະຫວ່າງຊັ້ນ sapphire ແລະຊັ້ນ epitaxial ເປັນຊັ້ນ buffer, ແລະຊັ້ນ epitaxial ໄດ້ຖືກລອກອອກຈາກໜ້າດິນຂອງຊັ້ນ. ເມື່ອປຽບທຽບກັບ MOCVD ແລະ MBE, ຄຸນສົມບັດຫຼັກຂອງວິທີການ HVPE ແມ່ນອັດຕາການເຕີບໂຕສູງ, ເຊິ່ງເໝາະສົມສຳລັບການຜະລິດຊັ້ນໜາ ແລະ ວັດສະດຸຂະໜາດໃຫຍ່. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເມື່ອຄວາມໜາຂອງຊັ້ນ epitaxial ເກີນ 20μm, ຊັ້ນ epitaxial ທີ່ຜະລິດໂດຍວິທີການນີ້ມັກຈະມີຮອຍແຕກ.
Akira USUI ໄດ້ນຳສະເໜີເຕັກໂນໂລຊີຊັ້ນວາງທີ່ມີລວດລາຍໂດຍອີງໃສ່ວິທີການນີ້. ທຳອິດພວກເຂົາໄດ້ປູກຊັ້ນ epitaxial GaN ບາງໆ ໜາ 1-1.5μm ໃສ່ຊັ້ນວາງ sapphire ໂດຍໃຊ້ວິທີ MOCVD. ຊັ້ນ epitaxial ປະກອບດ້ວຍຊັ້ນບັຟເຟີ GaN ໜາ 20nm ທີ່ປູກພາຍໃຕ້ສະພາບອຸນຫະພູມຕ່ຳ ແລະ ຊັ້ນ GaN ທີ່ປູກພາຍໃຕ້ສະພາບອຸນຫະພູມສູງ. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ທີ່ 430℃, ຊັ້ນຂອງ SiO2 ໄດ້ຖືກວາງໄວ້ເທິງໜ້າດິນຂອງຊັ້ນ epitaxial, ແລະ ເສັ້ນປ່ອງຢ້ຽມໄດ້ຖືກສ້າງຂຶ້ນເທິງຟິມ SiO2 ໂດຍການສ້າງແສງ. ໄລຍະຫ່າງຂອງເສັ້ນແມ່ນ 7μm ແລະຄວາມກວ້າງຂອງໜ້າກາກມີຕັ້ງແຕ່ 1μm ຫາ 4μm. ຫຼັງຈາກການປັບປຸງນີ້, ພວກເຂົາໄດ້ຮັບຊັ້ນ epitaxial GaN ເທິງຊັ້ນວາງ sapphire ເສັ້ນຜ່າສູນກາງ 2 ນິ້ວທີ່ບໍ່ມີຮອຍແຕກ ແລະ ລຽບຄືກັບກະຈົກເຖິງແມ່ນວ່າຄວາມໜາຈະເພີ່ມຂຶ້ນເປັນຫຼາຍສິບ ຫຼື ແມ່ນແຕ່ຫຼາຍຮ້ອຍໄມຄຣອນ. ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງຂໍ້ບົກຜ່ອງໄດ້ຫຼຸດລົງຈາກ 109-1010cm-2 ຂອງວິທີ HVPE ແບບດັ້ງເດີມເປັນປະມານ 6×107cm-2. ພວກເຂົາຍັງໄດ້ຊີ້ໃຫ້ເຫັນໃນການທົດລອງວ່າເມື່ອອັດຕາການເຕີບໂຕເກີນ 75μm/h, ໜ້າຜິວຂອງຕົວຢ່າງຈະກາຍເປັນຫຍາບ[8].
ຮູບທີ 6 ແຜນວາດໂຄງສ້າງພື້ນຖານແບບກຣາບຟິກ
ບົດສະຫຼຸບ ແລະ ທັດສະນະ
ວັດສະດຸ GaN ເລີ່ມປາກົດຂຶ້ນໃນປີ 2014 ເມື່ອໄຟ LED ສີຟ້າໄດ້ຮັບລາງວັນໂນແບລສາຂາຟີຊິກໃນປີນັ້ນ, ແລະ ໄດ້ເຂົ້າສູ່ຂົງເຂດການນຳໃຊ້ການສາກໄຟໄວຂອງສາທາລະນະຊົນໃນຂົງເຂດເອເລັກໂຕຣນິກສຳລັບຜູ້ບໍລິໂພກ. ໃນຄວາມເປັນຈິງ, ການນຳໃຊ້ໃນເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງ ແລະ ອຸປະກອນ RF ທີ່ໃຊ້ໃນສະຖານີຖານ 5G ທີ່ຄົນສ່ວນໃຫຍ່ເບິ່ງບໍ່ເຫັນກໍ່ໄດ້ເກີດຂຶ້ນຢ່າງງຽບໆ. ໃນຊຸມປີມໍ່ໆມານີ້, ຄວາມກ້າວໜ້າຂອງອຸປະກອນພະລັງງານລະດັບລົດຍົນທີ່ອີງໃສ່ GaN ຄາດວ່າຈະເປີດຈຸດການເຕີບໂຕໃໝ່ສຳລັບຕະຫຼາດການນຳໃຊ້ວັດສະດຸ GaN.
ຄວາມຕ້ອງການຂອງຕະຫຼາດອັນໃຫຍ່ຫຼວງແນ່ນອນວ່າຈະສົ່ງເສີມການພັດທະນາອຸດສາຫະກຳ ແລະ ເຕັກໂນໂລຊີທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບ GaN. ດ້ວຍຄວາມເຕີບໃຫຍ່ ແລະ ການປັບປຸງຂອງລະບົບຕ່ອງໂສ້ອຸດສາຫະກຳທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບ GaN, ບັນຫາຕ່າງໆທີ່ເຕັກໂນໂລຢີ epitaxial GaN ປະເຊີນຢູ່ໃນປະຈຸບັນຈະໄດ້ຮັບການປັບປຸງ ຫຼື ແກ້ໄຂໃນທີ່ສຸດ. ໃນອະນາຄົດ, ຜູ້ຄົນຈະພັດທະນາເຕັກໂນໂລຢີ epitaxial ໃໝ່ຫຼາຍຂຶ້ນ ແລະ ຕົວເລືອກພື້ນຖານທີ່ດີເລີດຫຼາຍຂຶ້ນຢ່າງແນ່ນອນ. ຮອດເວລານັ້ນ, ຜູ້ຄົນຈະສາມາດເລືອກເຕັກໂນໂລຢີການຄົ້ນຄວ້າພາຍນອກ ແລະ ພື້ນຖານທີ່ເໝາະສົມທີ່ສຸດສຳລັບສະຖານະການການນຳໃຊ້ທີ່ແຕກຕ່າງກັນຕາມລັກສະນະຂອງສະຖານະການການນຳໃຊ້, ແລະ ຜະລິດຜະລິດຕະພັນທີ່ກຳນົດເອງໄດ້ຢ່າງແຂ່ງຂັນທີ່ສຸດ.
ເວລາໂພສ: ມິຖຸນາ-28-2024