Технологија на оксидирано стоечко зрно и епитаксијален раст-Ⅱ

2. Епитаксијален раст на тенок филм

Подлогата обезбедува физички потпорен слој или спроводлив слој за уредите за напојување со Ga2O3. Следниот важен слој е каналниот слој или епитаксијалниот слој што се користи за отпорност на напон и транспорт на носители. За да се зголеми напонот на дефект и да се минимизира отпорноста на спроводливост, некои предуслови се контролирана дебелина и концентрација на допир, како и оптимален квалитет на материјалот. Висококвалитетните епитаксијални слоеви на Ga2O3 обично се депонираат со употреба на молекуларна зрачна епитаксија (MBE), депозиција со органска хемиска пареа на метали (MOCVD), депозиција со халидна пареа (HVPE), пулсирано ласерско депонирање (PLD) и техники на депозиција базирани на магла CVD.

Табела 2 Некои репрезентативни епитаксијални технологии

2.1 MBE метод

Технологијата MBE е позната по својата способност за одгледување висококвалитетни, без дефекти β-Ga2O3 филмови со контролирано n-тип допирање поради нејзината ултра-висока вакуумска средина и висока чистота на материјалот. Како резултат на тоа, таа стана една од најшироко проучуваните и потенцијално комерцијализирани технологии за таложење на тенок филм β-Ga2O3. Покрај тоа, методот MBE успешно подготви и висококвалитетен, нискодопиран хетероструктурен слој од тенок филм β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3. MBE може да ја следи структурата на површината и морфологијата во реално време со прецизност на атомскиот слој со користење на рефлективна дифракција на електрони со висока енергија (RHEED). Сепак, филмовите β-Ga2O3 одгледувани со користење на MBE технологијата сè уште се соочуваат со многу предизвици, како што се ниската стапка на раст и малата големина на филмот. Студијата покажа дека стапката на раст е од редот на (010)>(001)>(−201)>(100). Под услови малку богати со Ga од 650 до 750°C, β-Ga2O3 (010) покажува оптимален раст со мазна површина и висока стапка на раст. Користејќи го овој метод, епитаксија на β-Ga2O3 беше успешно постигната со RMS грубост од 0,1 nm. β-Ga2O3 Во средина богата со Ga, MBE филмови одгледувани на различни температури се прикажани на сликата. Novel Crystal Technology Inc. успешно епитаксијално произведе 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE плочки. Тие обезбедуваат висококвалитетни (010) ориентирани β-Ga2O3 монокристални супстрати со дебелина од 500 μm и XRD FWHM под 150 лачни секунди. Супстратот е допиран со Sn или Fe. Спроводливата подлога допирана со Sn има концентрација на допир од 1E18 до 9E18cm−3, додека полуизолационата подлога допирана со железо има отпорност поголема од 10E10 Ω cm−3.

2.2 MOCVD метод

MOCVD користи метални органски соединенија како прекурсорни материјали за одгледување тенки филмови, со што се постигнува комерцијално производство во големи размери. При одгледување Ga2O3 со користење на методот MOCVD, триметилгалиум (TMGa), триетилгалиум (TEGa) и Ga (дипентил гликол формат) обично се користат како извор на Ga, додека H2O, O2 или N2O се користат како извор на кислород. Растот со користење на овој метод генерално бара високи температури (>800°C). Оваа технологија има потенцијал да постигне ниска концентрација на носители и мобилност на електрони на висока и ниска температура, па затоа е од големо значење за реализација на високо-перформансни уреди за напојување на β-Ga2O3. Во споредба со методот на раст на MBE, MOCVD има предност да постигне многу високи стапки на раст на β-Ga2O3 филмови поради карактеристиките на раст на висока температура и хемиски реакции.

Слика 7 β-Ga2O3 (010) AFM слика

Слика 8 β-Ga2O3 Односот помеѓу μ и отпорноста на плочата мерена со Хол и температура

2.3 HVPE метод

HVPE е зрела епитаксијална технологија и е широко користена во епитаксијалниот раст на III-V соединенија полупроводници. HVPE е познат по своите ниски трошоци за производство, брза стапка на раст и висока дебелина на филмот. Треба да се напомене дека HVPEβ-Ga2O3 обично покажува груба површинска морфологија и висока густина на површински дефекти и вдлабнатини. Затоа, потребни се хемиски и механички процеси на полирање пред производството на уредот. HVPE технологијата за β-Ga2O3 епитаксија обично користи гасовит GaCl и O2 како прекурсори за да се промовира реакцијата на висока температура на матрицата (001) β-Ga2O3. Слика 9 ја прикажува состојбата на површината и стапката на раст на епитаксијалниот филм како функција од температурата. Во последниве години, јапонската Novel Crystal Technology Inc. постигна значаен комерцијален успех во HVPE хомеепитаксијалниот β-Ga2O3, со дебелина на епитаксијалниот слој од 5 до 10 μm и големини на плочки од 2 и 4 инчи. Покрај тоа, хомеепитаксијалните плочки од HVPE β-Ga2O3 со дебелина од 20 μm, произведени од China Electronics Technology Group Corporation, исто така, влегоа во фаза на комерцијализација.

Слика 9 HVPE метод β-Ga2O3

2.4 PLD метод

PLD технологијата главно се користи за таложење на комплексни оксидни филмови и хетероструктури. За време на процесот на раст на PLD, енергијата на фотоните се поврзува со целниот материјал преку процесот на емисија на електрони. За разлика од MBE, изворните честички на PLD се формираат со ласерско зрачење со екстремно висока енергија (>100 eV) и последователно се таложат на загреана подлога. Сепак, за време на процесот на аблација, некои честички со висока енергија директно ќе влијаат на површината на материјалот, создавајќи точкести дефекти и со тоа намалувајќи го квалитетот на филмот. Слично на методот MBE, RHEED може да се користи за следење на површинската структура и морфологијата на материјалот во реално време за време на процесот на таложење на PLD β-Ga2O3, овозможувајќи им на истражувачите прецизно да добијат информации за растот. Се очекува методот PLD да одгледува филмови со висока спроводливост на β-Ga2O3, што го прави оптимизирано решение за омски контакт во уредите за напојување со Ga2O3.

Слика 10 AFM слика на Ga2O3 допиран со Si

2.5 MIST-CVD метод

MIST-CVD е релативно едноставна и економична технологија за раст на тенок филм. Овој CVD метод вклучува реакција на прскање на атомизиран прекурсор врз подлога за да се постигне таложење на тенок филм. Сепак, досега, Ga2O3 одгледуван со употреба на CVD со магла сè уште нема добри електрични својства, што остава многу простор за подобрување и оптимизација во иднина.