ਤੀਜੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ GaN ਅਤੇ ਸੰਬੰਧਿਤ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਦੀ ਸੰਖੇਪ ਜਾਣ-ਪਛਾਣ

1. ਤੀਜੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ

ਪਹਿਲੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੀ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਸੀ ਅਤੇ ਜੀਈ ਵਰਗੀਆਂ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਦੇ ਆਧਾਰ 'ਤੇ ਵਿਕਸਤ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ। ਇਹ ਟਰਾਂਜ਼ਿਸਟਰਾਂ ਅਤੇ ਏਕੀਕ੍ਰਿਤ ਸਰਕਟ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਦੇ ਵਿਕਾਸ ਲਈ ਪਦਾਰਥਕ ਆਧਾਰ ਹੈ। ਪਹਿਲੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਸਮੱਗਰੀ ਨੇ 20ਵੀਂ ਸਦੀ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਉਦਯੋਗ ਦੀ ਨੀਂਹ ਰੱਖੀ ਅਤੇ ਏਕੀਕ੍ਰਿਤ ਸਰਕਟ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਲਈ ਬੁਨਿਆਦੀ ਸਮੱਗਰੀ ਹਨ।

ਦੂਜੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਪਦਾਰਥਾਂ ਵਿੱਚ ਮੁੱਖ ਤੌਰ 'ਤੇ ਗੈਲੀਅਮ ਆਰਸੈਨਾਈਡ, ਇੰਡੀਅਮ ਫਾਸਫਾਈਡ, ਗੈਲੀਅਮ ਫਾਸਫਾਈਡ, ਇੰਡੀਅਮ ਆਰਸੈਨਾਈਡ, ਐਲੂਮੀਨੀਅਮ ਆਰਸੈਨਾਈਡ ਅਤੇ ਉਨ੍ਹਾਂ ਦੇ ਟਰਨਰੀ ਮਿਸ਼ਰਣ ਸ਼ਾਮਲ ਹਨ। ਦੂਜੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਪਦਾਰਥ ਆਪਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਸੂਚਨਾ ਉਦਯੋਗ ਦੀ ਨੀਂਹ ਹਨ। ਇਸ ਆਧਾਰ 'ਤੇ, ਰੋਸ਼ਨੀ, ਡਿਸਪਲੇ, ਲੇਜ਼ਰ ਅਤੇ ਫੋਟੋਵੋਲਟੈਕ ਵਰਗੇ ਸੰਬੰਧਿਤ ਉਦਯੋਗ ਵਿਕਸਤ ਕੀਤੇ ਗਏ ਹਨ। ਇਹਨਾਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਸਮਕਾਲੀ ਸੂਚਨਾ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਅਤੇ ਆਪਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਡਿਸਪਲੇ ਉਦਯੋਗਾਂ ਵਿੱਚ ਵਿਆਪਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ।

ਤੀਜੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਪਦਾਰਥਾਂ ਦੀਆਂ ਪ੍ਰਤੀਨਿਧ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਵਿੱਚ ਗੈਲੀਅਮ ਨਾਈਟਰਾਈਡ ਅਤੇ ਸਿਲੀਕਾਨ ਕਾਰਬਾਈਡ ਸ਼ਾਮਲ ਹਨ। ਉਹਨਾਂ ਦੇ ਚੌੜੇ ਬੈਂਡ ਗੈਪ, ਉੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨ ਸੰਤ੍ਰਿਪਤਾ ਡ੍ਰਿਫਟ ਵੇਗ, ਉੱਚ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ, ਅਤੇ ਉੱਚ ਬ੍ਰੇਕਡਾਊਨ ਫੀਲਡ ਤਾਕਤ ਦੇ ਕਾਰਨ, ਇਹ ਉੱਚ-ਪਾਵਰ ਘਣਤਾ, ਉੱਚ-ਆਵਿਰਤੀ, ਅਤੇ ਘੱਟ-ਨੁਕਸਾਨ ਵਾਲੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਯੰਤਰਾਂ ਨੂੰ ਤਿਆਰ ਕਰਨ ਲਈ ਆਦਰਸ਼ ਸਮੱਗਰੀ ਹਨ। ਉਹਨਾਂ ਵਿੱਚੋਂ, ਸਿਲੀਕਾਨ ਕਾਰਬਾਈਡ ਪਾਵਰ ਯੰਤਰਾਂ ਵਿੱਚ ਉੱਚ ਊਰਜਾ ਘਣਤਾ, ਘੱਟ ਊਰਜਾ ਖਪਤ, ਅਤੇ ਛੋਟੇ ਆਕਾਰ ਦੇ ਫਾਇਦੇ ਹਨ, ਅਤੇ ਨਵੇਂ ਊਰਜਾ ਵਾਹਨਾਂ, ਫੋਟੋਵੋਲਟੇਇਕਸ, ਰੇਲ ਆਵਾਜਾਈ, ਵੱਡੇ ਡੇਟਾ ਅਤੇ ਹੋਰ ਖੇਤਰਾਂ ਵਿੱਚ ਵਿਆਪਕ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨ ਸੰਭਾਵਨਾਵਾਂ ਹਨ। ਗੈਲੀਅਮ ਨਾਈਟਰਾਈਡ RF ਯੰਤਰਾਂ ਵਿੱਚ ਉੱਚ ਫ੍ਰੀਕੁਐਂਸੀ, ਉੱਚ ਪਾਵਰ, ਚੌੜੀ ਬੈਂਡਵਿਡਥ, ਘੱਟ ਪਾਵਰ ਖਪਤ ਅਤੇ ਛੋਟੇ ਆਕਾਰ ਦੇ ਫਾਇਦੇ ਹਨ, ਅਤੇ 5G ਸੰਚਾਰ, ਇੰਟਰਨੈਟ ਆਫ਼ ਥਿੰਗਜ਼, ਮਿਲਟਰੀ ਰਾਡਾਰ ਅਤੇ ਹੋਰ ਖੇਤਰਾਂ ਵਿੱਚ ਵਿਆਪਕ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨ ਸੰਭਾਵਨਾਵਾਂ ਹਨ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਘੱਟ-ਵੋਲਟੇਜ ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ ਗੈਲੀਅਮ ਨਾਈਟਰਾਈਡ-ਅਧਾਰਤ ਪਾਵਰ ਯੰਤਰਾਂ ਦੀ ਵਿਆਪਕ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਰਤੋਂ ਕੀਤੀ ਗਈ ਹੈ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਹਾਲ ਹੀ ਦੇ ਸਾਲਾਂ ਵਿੱਚ, ਉੱਭਰ ਰਹੇ ਗੈਲੀਅਮ ਆਕਸਾਈਡ ਪਦਾਰਥਾਂ ਤੋਂ ਮੌਜੂਦਾ SiC ਅਤੇ GaN ਤਕਨਾਲੋਜੀਆਂ ਨਾਲ ਤਕਨੀਕੀ ਪੂਰਕਤਾ ਬਣਾਉਣ ਦੀ ਉਮੀਦ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਅਤੇ ਘੱਟ-ਆਵਿਰਤੀ ਅਤੇ ਉੱਚ-ਵੋਲਟੇਜ ਖੇਤਰਾਂ ਵਿੱਚ ਸੰਭਾਵੀ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨ ਸੰਭਾਵਨਾਵਾਂ ਹੋਣ ਦੀ ਉਮੀਦ ਹੈ।

ਦੂਜੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ, ਤੀਜੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਵਿੱਚ ਵਿਆਪਕ ਬੈਂਡਗੈਪ ਚੌੜਾਈ ਹੁੰਦੀ ਹੈ (ਪਹਿਲੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਇੱਕ ਆਮ ਸਮੱਗਰੀ, Si ਦੀ ਬੈਂਡਗੈਪ ਚੌੜਾਈ ਲਗਭਗ 1.1eV ਹੈ, ਦੂਜੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਇੱਕ ਆਮ ਸਮੱਗਰੀ, GaAs ਦੀ ਬੈਂਡਗੈਪ ਚੌੜਾਈ ਲਗਭਗ 1.42eV ਹੈ, ਅਤੇ ਤੀਜੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਇੱਕ ਆਮ ਸਮੱਗਰੀ, GaN ਦੀ ਬੈਂਡਗੈਪ ਚੌੜਾਈ 2.3eV ਤੋਂ ਉੱਪਰ ਹੈ), ਵਧੇਰੇ ਰੇਡੀਏਸ਼ਨ ਪ੍ਰਤੀਰੋਧ, ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਫੀਲਡ ਟੁੱਟਣ ਪ੍ਰਤੀ ਵਧੇਰੇ ਵਿਰੋਧ, ਅਤੇ ਉੱਚ ਤਾਪਮਾਨ ਪ੍ਰਤੀਰੋਧ। ਵਿਆਪਕ ਬੈਂਡਗੈਪ ਚੌੜਾਈ ਵਾਲੀਆਂ ਤੀਜੀ ਪੀੜ੍ਹੀ ਦੀਆਂ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਰੇਡੀਏਸ਼ਨ-ਰੋਧਕ, ਉੱਚ-ਆਵਿਰਤੀ, ਉੱਚ-ਪਾਵਰ ਅਤੇ ਉੱਚ-ਏਕੀਕਰਣ-ਘਣਤਾ ਵਾਲੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਡਿਵਾਈਸਾਂ ਦੇ ਉਤਪਾਦਨ ਲਈ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ ਤੌਰ 'ਤੇ ਢੁਕਵੀਆਂ ਹਨ। ਮਾਈਕ੍ਰੋਵੇਵ ਰੇਡੀਓ ਫ੍ਰੀਕੁਐਂਸੀ ਡਿਵਾਈਸਾਂ, LEDs, ਲੇਜ਼ਰ, ਪਾਵਰ ਡਿਵਾਈਸਾਂ ਅਤੇ ਹੋਰ ਖੇਤਰਾਂ ਵਿੱਚ ਉਹਨਾਂ ਦੀਆਂ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਨੇ ਬਹੁਤ ਧਿਆਨ ਖਿੱਚਿਆ ਹੈ, ਅਤੇ ਉਹਨਾਂ ਨੇ ਮੋਬਾਈਲ ਸੰਚਾਰ, ਸਮਾਰਟ ਗਰਿੱਡ, ਰੇਲ ਆਵਾਜਾਈ, ਨਵੇਂ ਊਰਜਾ ਵਾਹਨਾਂ, ਖਪਤਕਾਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕਸ, ਅਤੇ ਅਲਟਰਾਵਾਇਲਟ ਅਤੇ ਨੀਲੇ-ਹਰੇ ਰੋਸ਼ਨੀ ਡਿਵਾਈਸਾਂ ਵਿੱਚ ਵਿਆਪਕ ਵਿਕਾਸ ਸੰਭਾਵਨਾਵਾਂ ਦਿਖਾਈਆਂ ਹਨ [1]।

ਚਿੱਤਰ ਸਰੋਤ: CASA, Zheshang Securities Research Institute

ਚਿੱਤਰ 1 GaN ਪਾਵਰ ਡਿਵਾਈਸ ਸਮਾਂ ਸਕੇਲ ਅਤੇ ਪੂਰਵ ਅਨੁਮਾਨ

II GaN ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਬਣਤਰ ਅਤੇ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂ

GaN ਇੱਕ ਸਿੱਧਾ ਬੈਂਡਗੈਪ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਹੈ। ਕਮਰੇ ਦੇ ਤਾਪਮਾਨ 'ਤੇ ਵੁਰਟਜ਼ਾਈਟ ਢਾਂਚੇ ਦੀ ਬੈਂਡਗੈਪ ਚੌੜਾਈ ਲਗਭਗ 3.26eV ਹੈ। GaN ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਵਿੱਚ ਤਿੰਨ ਮੁੱਖ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਢਾਂਚੇ ਹੁੰਦੇ ਹਨ, ਅਰਥਾਤ ਵੁਰਟਜ਼ਾਈਟ ਢਾਂਚਾ, ਸਫੈਲਰਾਈਟ ਢਾਂਚਾ ਅਤੇ ਚੱਟਾਨ ਨਮਕ ਢਾਂਚਾ। ਇਹਨਾਂ ਵਿੱਚੋਂ, ਵੁਰਟਜ਼ਾਈਟ ਢਾਂਚਾ ਸਭ ਤੋਂ ਸਥਿਰ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਢਾਂਚਾ ਹੈ। ਚਿੱਤਰ 2 GaN ਦੀ ਹੈਕਸਾਗੋਨਲ ਵੁਰਟਜ਼ਾਈਟ ਢਾਂਚਾ ਦਾ ਚਿੱਤਰ ਹੈ। GaN ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਵੁਰਟਜ਼ਾਈਟ ਢਾਂਚਾ ਇੱਕ ਹੈਕਸਾਗੋਨਲ ਕਲੋਜ਼-ਪੈਕਡ ਢਾਂਚੇ ਨਾਲ ਸਬੰਧਤ ਹੈ। ਹਰੇਕ ਯੂਨਿਟ ਸੈੱਲ ਵਿੱਚ 12 ਪਰਮਾਣੂ ਹੁੰਦੇ ਹਨ, ਜਿਸ ਵਿੱਚ 6 N ਪਰਮਾਣੂ ਅਤੇ 6 Ga ਪਰਮਾਣੂ ਸ਼ਾਮਲ ਹਨ। ਹਰੇਕ Ga (N) ਪਰਮਾਣੂ 4 ਨਜ਼ਦੀਕੀ N (Ga) ਪਰਮਾਣੂਆਂ ਨਾਲ ਇੱਕ ਬੰਧਨ ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ ਅਤੇ [0001] ਦਿਸ਼ਾ [2] ਦੇ ਨਾਲ ABABAB ਦੇ ਕ੍ਰਮ ਵਿੱਚ ਸਟੈਕ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।

ਚਿੱਤਰ 2 ਵੁਰਟਜ਼ਾਈਟ ਬਣਤਰ GaN ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਸੈੱਲ ਚਿੱਤਰ

III GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਲਈ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਰਤੇ ਜਾਂਦੇ ਸਬਸਟਰੇਟ

ਅਜਿਹਾ ਲਗਦਾ ਹੈ ਕਿ GaN ਸਬਸਟ੍ਰੇਟਾਂ 'ਤੇ ਸਮਰੂਪ ਐਪੀਟੈਕਸੀ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਲਈ ਸਭ ਤੋਂ ਵਧੀਆ ਵਿਕਲਪ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ, GaN ਦੀ ਵੱਡੀ ਬੰਧਨ ਊਰਜਾ ਦੇ ਕਾਰਨ, ਜਦੋਂ ਤਾਪਮਾਨ 2500℃ ਦੇ ਪਿਘਲਣ ਬਿੰਦੂ 'ਤੇ ਪਹੁੰਚਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ ਇਸਦਾ ਅਨੁਸਾਰੀ ਸੜਨ ਦਾ ਦਬਾਅ ਲਗਭਗ 4.5GPa ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਜਦੋਂ ਸੜਨ ਦਾ ਦਬਾਅ ਇਸ ਦਬਾਅ ਤੋਂ ਘੱਟ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ GaN ਪਿਘਲਦਾ ਨਹੀਂ ਹੈ ਪਰ ਸਿੱਧਾ ਸੜ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਪਰਿਪੱਕ ਸਬਸਟ੍ਰੇਟ ਤਿਆਰੀ ਤਕਨਾਲੋਜੀਆਂ ਜਿਵੇਂ ਕਿ Czochralski ਵਿਧੀ ਨੂੰ GaN ਸਿੰਗਲ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਸਬਸਟ੍ਰੇਟਾਂ ਦੀ ਤਿਆਰੀ ਲਈ ਅਣਉਚਿਤ ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ GaN ਸਬਸਟ੍ਰੇਟਾਂ ਨੂੰ ਵੱਡੇ ਪੱਧਰ 'ਤੇ ਉਤਪਾਦਨ ਕਰਨਾ ਮੁਸ਼ਕਲ ਅਤੇ ਮਹਿੰਗਾ ਹੋ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ, GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਵਾਧੇ ਵਿੱਚ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਰਤੇ ਜਾਣ ਵਾਲੇ ਸਬਸਟ੍ਰੇਟ ਮੁੱਖ ਤੌਰ 'ਤੇ Si, SiC, ਨੀਲਮ, ਆਦਿ ਹਨ [3]।

ਚਾਰਟ 3 GaN ਅਤੇ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਰਤੇ ਜਾਣ ਵਾਲੇ ਸਬਸਟਰੇਟ ਸਮੱਗਰੀ ਦੇ ਮਾਪਦੰਡ

ਨੀਲਮ 'ਤੇ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀ

ਨੀਲਮ ਵਿੱਚ ਸਥਿਰ ਰਸਾਇਣਕ ਗੁਣ ਹਨ, ਇਹ ਸਸਤਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਵੱਡੇ ਪੱਧਰ 'ਤੇ ਉਤਪਾਦਨ ਉਦਯੋਗ ਦੀ ਉੱਚ ਪਰਿਪੱਕਤਾ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ, ਇਹ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਡਿਵਾਈਸ ਇੰਜੀਨੀਅਰਿੰਗ ਵਿੱਚ ਸਭ ਤੋਂ ਪੁਰਾਣੇ ਅਤੇ ਸਭ ਤੋਂ ਵੱਧ ਵਰਤੇ ਜਾਣ ਵਾਲੇ ਸਬਸਟਰੇਟ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਵਿੱਚੋਂ ਇੱਕ ਬਣ ਗਿਆ ਹੈ। GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਲਈ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਰਤੇ ਜਾਣ ਵਾਲੇ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਵਿੱਚੋਂ ਇੱਕ ਦੇ ਰੂਪ ਵਿੱਚ, ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਲਈ ਹੱਲ ਕਰਨ ਦੀ ਲੋੜ ਵਾਲੀਆਂ ਮੁੱਖ ਸਮੱਸਿਆਵਾਂ ਹਨ:

✔ ਨੀਲਮ (Al2O3) ਅਤੇ GaN (ਲਗਭਗ 15%) ਵਿਚਕਾਰ ਵੱਡੀ ਜਾਲੀ ਦੇ ਮੇਲ ਦੇ ਕਾਰਨ, ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਅਤੇ ਸਬਸਟਰੇਟ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਇੰਟਰਫੇਸ 'ਤੇ ਨੁਕਸ ਘਣਤਾ ਬਹੁਤ ਜ਼ਿਆਦਾ ਹੈ। ਇਸਦੇ ਮਾੜੇ ਪ੍ਰਭਾਵਾਂ ਨੂੰ ਘਟਾਉਣ ਲਈ, ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਸ਼ੁਰੂ ਹੋਣ ਤੋਂ ਪਹਿਲਾਂ ਸਬਸਟਰੇਟ ਨੂੰ ਗੁੰਝਲਦਾਰ ਪ੍ਰੀ-ਟਰੀਟਮੈਂਟ ਦੇ ਅਧੀਨ ਕੀਤਾ ਜਾਣਾ ਚਾਹੀਦਾ ਹੈ। ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ 'ਤੇ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਉਗਾਉਣ ਤੋਂ ਪਹਿਲਾਂ, ਸਬਸਟਰੇਟ ਸਤਹ ਨੂੰ ਪਹਿਲਾਂ ਦੂਸ਼ਿਤ ਤੱਤਾਂ, ਬਚੇ ਹੋਏ ਪਾਲਿਸ਼ਿੰਗ ਨੁਕਸਾਨ, ਆਦਿ ਨੂੰ ਹਟਾਉਣ ਲਈ ਸਖ਼ਤੀ ਨਾਲ ਸਾਫ਼ ਕੀਤਾ ਜਾਣਾ ਚਾਹੀਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਸਟੈਪਸ ਅਤੇ ਸਟੈਪ ਸਤਹ ਬਣਤਰ ਪੈਦਾ ਕਰਨ ਲਈ। ਫਿਰ, ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਦੇ ਗਿੱਲੇ ਹੋਣ ਦੇ ਗੁਣਾਂ ਨੂੰ ਬਦਲਣ ਲਈ ਸਬਸਟਰੇਟ ਸਤਹ ਨੂੰ ਨਾਈਟ੍ਰਾਈਡ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਅੰਤ ਵਿੱਚ, ਇੱਕ ਪਤਲੀ AlN ਬਫਰ ਪਰਤ (ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ 10-100nm ਮੋਟੀ) ਨੂੰ ਸਬਸਟਰੇਟ ਸਤਹ 'ਤੇ ਜਮ੍ਹਾ ਕਰਨ ਅਤੇ ਅੰਤਮ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਵਿਕਾਸ ਲਈ ਤਿਆਰ ਕਰਨ ਲਈ ਘੱਟ ਤਾਪਮਾਨ 'ਤੇ ਐਨੀਲ ਕਰਨ ਦੀ ਜ਼ਰੂਰਤ ਹੁੰਦੀ ਹੈ। ਫਿਰ ਵੀ, ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ 'ਤੇ ਉਗਾਈਆਂ ਗਈਆਂ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਫਿਲਮਾਂ ਵਿੱਚ ਡਿਸਲੋਕੇਸ਼ਨ ਘਣਤਾ ਅਜੇ ਵੀ ਹੋਮੋਏਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਫਿਲਮਾਂ ਨਾਲੋਂ ਵੱਧ ਹੈ (ਲਗਭਗ 1010cm-2, ਸਿਲੀਕਾਨ ਹੋਮੋਏਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਫਿਲਮਾਂ ਜਾਂ ਗੈਲੀਅਮ ਆਰਸੈਨਾਈਡ ਹੋਮੋਏਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਫਿਲਮਾਂ ਵਿੱਚ ਜ਼ੀਰੋ ਡਿਸਲੋਕੇਸ਼ਨ ਘਣਤਾ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ, ਜਾਂ 102 ਅਤੇ 104cm-2 ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ)। ਉੱਚ ਨੁਕਸ ਘਣਤਾ ਕੈਰੀਅਰ ਗਤੀਸ਼ੀਲਤਾ ਨੂੰ ਘਟਾਉਂਦੀ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਘੱਟ ਗਿਣਤੀ ਕੈਰੀਅਰ ਜੀਵਨ ਕਾਲ ਛੋਟਾ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਘਟਦੀ ਹੈ, ਇਹ ਸਭ ਡਿਵਾਈਸ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਨੂੰ ਘਟਾ ਦੇਵੇਗਾ [4];

✔ ਨੀਲਮ ਦਾ ਥਰਮਲ ਐਕਸਪੈਂਸ਼ਨ ਗੁਣਾਂਕ GaN ਨਾਲੋਂ ਵੱਧ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਇਸ ਲਈ ਡਿਪੋਜ਼ਿਸ਼ਨ ਤਾਪਮਾਨ ਤੋਂ ਕਮਰੇ ਦੇ ਤਾਪਮਾਨ ਤੱਕ ਠੰਢਾ ਹੋਣ ਦੀ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੌਰਾਨ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਵਿੱਚ ਬਾਇਐਕਸੀਅਲ ਸੰਕੁਚਿਤ ਤਣਾਅ ਪੈਦਾ ਹੋਵੇਗਾ। ਮੋਟੀਆਂ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਫਿਲਮਾਂ ਲਈ, ਇਹ ਤਣਾਅ ਫਿਲਮ ਜਾਂ ਸਬਸਟਰੇਟ ਨੂੰ ਵੀ ਫਟਣ ਦਾ ਕਾਰਨ ਬਣ ਸਕਦਾ ਹੈ;

✔ ਹੋਰ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ, ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਘੱਟ ਹੈ (ਲਗਭਗ 0.25W*cm-1*K-1 100℃ 'ਤੇ), ਅਤੇ ਗਰਮੀ ਦੇ ਨਿਕਾਸ ਦੀ ਕਾਰਗੁਜ਼ਾਰੀ ਮਾੜੀ ਹੈ;

✔ ਆਪਣੀ ਮਾੜੀ ਚਾਲਕਤਾ ਦੇ ਕਾਰਨ, ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟ ਦੂਜੇ ਸੈਮੀਕੰਡਕਟਰ ਯੰਤਰਾਂ ਨਾਲ ਆਪਣੇ ਏਕੀਕਰਨ ਅਤੇ ਵਰਤੋਂ ਲਈ ਅਨੁਕੂਲ ਨਹੀਂ ਹਨ।

ਹਾਲਾਂਕਿ ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ 'ਤੇ ਉਗਾਈਆਂ ਗਈਆਂ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤਾਂ ਦੀ ਨੁਕਸ ਘਣਤਾ ਜ਼ਿਆਦਾ ਹੈ, ਪਰ ਇਹ GaN-ਅਧਾਰਿਤ ਨੀਲੇ-ਹਰੇ LEDs ਦੇ ਆਪਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਨੂੰ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਤੌਰ 'ਤੇ ਘਟਾਉਂਦਾ ਨਹੀਂ ਜਾਪਦਾ ਹੈ, ਇਸ ਲਈ ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟ ਅਜੇ ਵੀ GaN-ਅਧਾਰਿਤ LEDs ਲਈ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਰਤੇ ਜਾਂਦੇ ਸਬਸਟਰੇਟ ਹਨ।

GaN ਯੰਤਰਾਂ ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਲੇਜ਼ਰ ਜਾਂ ਹੋਰ ਉੱਚ-ਘਣਤਾ ਵਾਲੇ ਪਾਵਰ ਯੰਤਰਾਂ ਦੇ ਹੋਰ ਨਵੇਂ ਉਪਯੋਗਾਂ ਦੇ ਵਿਕਾਸ ਦੇ ਨਾਲ, ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਦੇ ਅੰਦਰੂਨੀ ਨੁਕਸ ਉਹਨਾਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ 'ਤੇ ਇੱਕ ਸੀਮਾ ਬਣ ਗਏ ਹਨ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, SiC ਸਬਸਟਰੇਟ ਵਿਕਾਸ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਦੇ ਵਿਕਾਸ, ਲਾਗਤ ਘਟਾਉਣ ਅਤੇ Si ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ 'ਤੇ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਦੀ ਪਰਿਪੱਕਤਾ ਦੇ ਨਾਲ, ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ 'ਤੇ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤਾਂ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣ 'ਤੇ ਹੋਰ ਖੋਜ ਨੇ ਹੌਲੀ-ਹੌਲੀ ਇੱਕ ਠੰਢਾ ਰੁਝਾਨ ਦਿਖਾਇਆ ਹੈ।

SiC 'ਤੇ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀ

ਨੀਲਮ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ, SiC ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ (4H- ਅਤੇ 6H-ਕ੍ਰਿਸਟਲ) ਵਿੱਚ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਲੇਅਰਾਂ (3.1%, [0001] ਓਰੀਐਂਟਿਡ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਫਿਲਮਾਂ ਦੇ ਬਰਾਬਰ), ਉੱਚ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ (ਲਗਭਗ 3.8W*cm-1*K-1), ਆਦਿ ਦੇ ਨਾਲ ਇੱਕ ਛੋਟਾ ਜਾਲੀ ਮੇਲ ਨਹੀਂ ਖਾਂਦਾ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, SiC ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਦੀ ਚਾਲਕਤਾ ਸਬਸਟਰੇਟ ਦੇ ਪਿਛਲੇ ਪਾਸੇ ਬਿਜਲੀ ਸੰਪਰਕ ਬਣਾਉਣ ਦੀ ਆਗਿਆ ਦਿੰਦੀ ਹੈ, ਜੋ ਡਿਵਾਈਸ ਬਣਤਰ ਨੂੰ ਸਰਲ ਬਣਾਉਣ ਵਿੱਚ ਮਦਦ ਕਰਦੀ ਹੈ। ਇਹਨਾਂ ਫਾਇਦਿਆਂ ਦੀ ਮੌਜੂਦਗੀ ਨੇ ਸਿਲੀਕਾਨ ਕਾਰਬਾਈਡ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ 'ਤੇ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀ 'ਤੇ ਕੰਮ ਕਰਨ ਲਈ ਵੱਧ ਤੋਂ ਵੱਧ ਖੋਜਕਰਤਾਵਾਂ ਨੂੰ ਆਕਰਸ਼ਿਤ ਕੀਤਾ ਹੈ।

ਹਾਲਾਂਕਿ, GaN ਐਪੀਲੇਅਰਾਂ ਨੂੰ ਵਧਣ ਤੋਂ ਰੋਕਣ ਲਈ ਸਿੱਧੇ SiC ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ 'ਤੇ ਕੰਮ ਕਰਨ ਨਾਲ ਵੀ ਕਈ ਨੁਕਸਾਨ ਹੁੰਦੇ ਹਨ, ਜਿਨ੍ਹਾਂ ਵਿੱਚ ਹੇਠ ਲਿਖੇ ਸ਼ਾਮਲ ਹਨ:

✔ SiC ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਦੀ ਸਤ੍ਹਾ ਦੀ ਖੁਰਦਰੀ ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ (ਨੀਲਮ ਖੁਰਦਰੀ 0.1nm RMS, SiC ਖੁਰਦਰੀ 1nm RMS) ਨਾਲੋਂ ਬਹੁਤ ਜ਼ਿਆਦਾ ਹੈ, SiC ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਵਿੱਚ ਉੱਚ ਕਠੋਰਤਾ ਅਤੇ ਮਾੜੀ ਪ੍ਰੋਸੈਸਿੰਗ ਕਾਰਗੁਜ਼ਾਰੀ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਅਤੇ ਇਹ ਖੁਰਦਰੀ ਅਤੇ ਬਚੀ ਹੋਈ ਪਾਲਿਸ਼ਿੰਗ ਨੁਕਸਾਨ ਵੀ GaN ਐਪੀਲੇਅਰਾਂ ਵਿੱਚ ਨੁਕਸ ਦੇ ਸਰੋਤਾਂ ਵਿੱਚੋਂ ਇੱਕ ਹੈ।

✔ SiC ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਦੀ ਪੇਚ ਡਿਸਲੋਕੇਸ਼ਨ ਘਣਤਾ ਉੱਚ ਹੈ (ਡਿਸਲੋਕੇਸ਼ਨ ਘਣਤਾ 103-104cm-2), ਪੇਚ ਡਿਸਲੋਕੇਸ਼ਨ GaN ਐਪੀਲੇਅਰ ਤੱਕ ਫੈਲ ਸਕਦੀ ਹੈ ਅਤੇ ਡਿਵਾਈਸ ਦੀ ਕਾਰਗੁਜ਼ਾਰੀ ਨੂੰ ਘਟਾ ਸਕਦੀ ਹੈ;

✔ ਸਬਸਟਰੇਟ ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ ਪਰਮਾਣੂ ਪ੍ਰਬੰਧ GaN ਐਪੀਲੇਅਰ ਵਿੱਚ ਸਟੈਕਿੰਗ ਫਾਲਟ (BSFs) ਦੇ ਗਠਨ ਨੂੰ ਪ੍ਰੇਰਿਤ ਕਰਦਾ ਹੈ। SiC ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ 'ਤੇ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ GaN ਲਈ, ਸਬਸਟਰੇਟ 'ਤੇ ਕਈ ਸੰਭਵ ਪਰਮਾਣੂ ਪ੍ਰਬੰਧ ਆਦੇਸ਼ ਹੁੰਦੇ ਹਨ, ਜਿਸਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਇਸ 'ਤੇ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ GaN ਪਰਤ ਦਾ ਸ਼ੁਰੂਆਤੀ ਪਰਮਾਣੂ ਸਟੈਕਿੰਗ ਕ੍ਰਮ ਅਸੰਗਤ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਸਟੈਕਿੰਗ ਫਾਲਟਾਂ ਲਈ ਸੰਭਾਵਿਤ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਸਟੈਕਿੰਗ ਫਾਲਟ (SFs) c-ਧੁਰੇ ਦੇ ਨਾਲ ਬਿਲਟ-ਇਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰਿਕ ਫੀਲਡ ਪੇਸ਼ ਕਰਦੇ ਹਨ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਇਨ-ਪਲੇਨ ਕੈਰੀਅਰ ਵੱਖ ਕਰਨ ਵਾਲੇ ਯੰਤਰਾਂ ਦੇ ਲੀਕੇਜ ਵਰਗੀਆਂ ਸਮੱਸਿਆਵਾਂ ਪੈਦਾ ਹੁੰਦੀਆਂ ਹਨ;

✔ SiC ਸਬਸਟਰੇਟ ਦਾ ਥਰਮਲ ਐਕਸਪੈਂਸ਼ਨ ਗੁਣਾਂਕ AlN ਅਤੇ GaN ਨਾਲੋਂ ਛੋਟਾ ਹੁੰਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਕੂਲਿੰਗ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੌਰਾਨ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਅਤੇ ਸਬਸਟਰੇਟ ਵਿਚਕਾਰ ਥਰਮਲ ਤਣਾਅ ਇਕੱਠਾ ਕਰਨ ਦਾ ਕਾਰਨ ਬਣਦਾ ਹੈ। ਵਾਲਟਰੀਟ ਅਤੇ ਬ੍ਰਾਂਡ ਨੇ ਆਪਣੇ ਖੋਜ ਨਤੀਜਿਆਂ ਦੇ ਅਧਾਰ ਤੇ ਭਵਿੱਖਬਾਣੀ ਕੀਤੀ ਕਿ ਇਸ ਸਮੱਸਿਆ ਨੂੰ ਪਤਲੀਆਂ, ਇਕਸਾਰ ਤੌਰ 'ਤੇ ਤਣਾਅ ਵਾਲੀਆਂ AlN ਨਿਊਕਲੀਏਸ਼ਨ ਪਰਤਾਂ 'ਤੇ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤਾਂ ਨੂੰ ਵਧਾ ਕੇ ਘੱਟ ਜਾਂ ਹੱਲ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ;

✔ Ga ਪਰਮਾਣੂਆਂ ਦੀ ਮਾੜੀ ਗਿੱਲੀ ਹੋਣ ਦੀ ਸਮੱਸਿਆ। ਜਦੋਂ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤਾਂ ਨੂੰ ਸਿੱਧੇ SiC ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ ਵਧਾਇਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ ਦੋ ਪਰਮਾਣੂਆਂ ਵਿਚਕਾਰ ਮਾੜੀ ਗਿੱਲੀ ਹੋਣ ਦੇ ਕਾਰਨ, GaN ਸਬਸਟਰੇਟ ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ 3D ਟਾਪੂ ਵਿਕਾਸ ਲਈ ਸੰਭਾਵਿਤ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਵਿੱਚ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਗੁਣਵੱਤਾ ਨੂੰ ਬਿਹਤਰ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਇੱਕ ਬਫਰ ਪਰਤ ਪੇਸ਼ ਕਰਨਾ ਸਭ ਤੋਂ ਵੱਧ ਵਰਤਿਆ ਜਾਣ ਵਾਲਾ ਹੱਲ ਹੈ। ਇੱਕ AlN ਜਾਂ AlxGa1-xN ਬਫਰ ਪਰਤ ਪੇਸ਼ ਕਰਨ ਨਾਲ SiC ਸਤ੍ਹਾ ਦੀ ਗਿੱਲੀ ਹੋਣ ਦੀ ਯੋਗਤਾ ਨੂੰ ਪ੍ਰਭਾਵਸ਼ਾਲੀ ਢੰਗ ਨਾਲ ਸੁਧਾਰਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ ਅਤੇ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਨੂੰ ਦੋ ਅਯਾਮਾਂ ਵਿੱਚ ਵਧਾਇਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਇਹ ਤਣਾਅ ਨੂੰ ਵੀ ਨਿਯੰਤ੍ਰਿਤ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਸਬਸਟਰੇਟ ਨੁਕਸ ਨੂੰ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਤੱਕ ਫੈਲਣ ਤੋਂ ਰੋਕ ਸਕਦਾ ਹੈ;

✔ SiC ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਦੀ ਤਿਆਰੀ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਅਪੂਰਣ ਹੈ, ਸਬਸਟਰੇਟ ਦੀ ਲਾਗਤ ਜ਼ਿਆਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਸਪਲਾਇਰ ਘੱਟ ਹਨ ਅਤੇ ਸਪਲਾਈ ਘੱਟ ਹੈ।

ਟੋਰੇਸ ਐਟ ਅਲ. ਦੀ ਖੋਜ ਦਰਸਾਉਂਦੀ ਹੈ ਕਿ ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਤੋਂ ਪਹਿਲਾਂ ਉੱਚ ਤਾਪਮਾਨ (1600°C) 'ਤੇ H2 ਨਾਲ SiC ਸਬਸਟਰੇਟ ਨੂੰ ਐਚਿੰਗ ਕਰਨ ਨਾਲ ਸਬਸਟਰੇਟ ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ ਵਧੇਰੇ ਕ੍ਰਮਬੱਧ ਸਟੈਪ ਸਟ੍ਰਕਚਰ ਪੈਦਾ ਹੋ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਅਸਲ ਸਬਸਟਰੇਟ ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ ਸਿੱਧੇ ਤੌਰ 'ਤੇ ਉਗਾਉਣ ਨਾਲੋਂ ਉੱਚ ਗੁਣਵੱਤਾ ਵਾਲੀ AlN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਫਿਲਮ ਪ੍ਰਾਪਤ ਹੁੰਦੀ ਹੈ। ਜ਼ੀ ਅਤੇ ਉਸਦੀ ਟੀਮ ਦੀ ਖੋਜ ਇਹ ਵੀ ਦਰਸਾਉਂਦੀ ਹੈ ਕਿ ਸਿਲੀਕਾਨ ਕਾਰਬਾਈਡ ਸਬਸਟਰੇਟ ਦਾ ਐਚਿੰਗ ਪ੍ਰੀਟਰੀਟਮੈਂਟ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਦੀ ਸਤਹ ਰੂਪ ਵਿਗਿਆਨ ਅਤੇ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਗੁਣਵੱਤਾ ਵਿੱਚ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਸੁਧਾਰ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਸਮਿਥ ਐਟ ਅਲ. ਨੇ ਪਾਇਆ ਕਿ ਸਬਸਟਰੇਟ/ਬਫਰ ਪਰਤ ਅਤੇ ਬਫਰ ਪਰਤ/ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਇੰਟਰਫੇਸਾਂ ਤੋਂ ਪੈਦਾ ਹੋਣ ਵਾਲੇ ਥ੍ਰੈਡਿੰਗ ਡਿਸਲੋਕੇਸ਼ਨ ਸਬਸਟਰੇਟ ਦੀ ਸਮਤਲਤਾ ਨਾਲ ਸਬੰਧਤ ਹਨ [5]।

ਚਿੱਤਰ 4 ਵੱਖ-ਵੱਖ ਸਤਹ ਇਲਾਜ ਸਥਿਤੀਆਂ ਅਧੀਨ 6H-SiC ਸਬਸਟਰੇਟ (0001) 'ਤੇ ਉਗਾਏ ਗਏ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਦੇ ਨਮੂਨਿਆਂ ਦਾ TEM ਰੂਪ ਵਿਗਿਆਨ (a) ਰਸਾਇਣਕ ਸਫਾਈ; (b) ਰਸਾਇਣਕ ਸਫਾਈ + ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਪਲਾਜ਼ਮਾ ਇਲਾਜ; (c) ਰਸਾਇਣਕ ਸਫਾਈ + ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਪਲਾਜ਼ਮਾ ਇਲਾਜ + 1300℃ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਗਰਮੀ ਇਲਾਜ 30 ਮਿੰਟ ਲਈ

Si 'ਤੇ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀ

ਸਿਲੀਕਾਨ ਕਾਰਬਾਈਡ, ਨੀਲਮ ਅਤੇ ਹੋਰ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ, ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਬਸਟਰੇਟ ਤਿਆਰ ਕਰਨ ਦੀ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਪਰਿਪੱਕ ਹੈ, ਅਤੇ ਇਹ ਉੱਚ ਲਾਗਤ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਦੇ ਨਾਲ ਸਥਿਰ ਤੌਰ 'ਤੇ ਪਰਿਪੱਕ ਵੱਡੇ-ਆਕਾਰ ਦੇ ਸਬਸਟਰੇਟ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕਰ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਇਸਦੇ ਨਾਲ ਹੀ, ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਅਤੇ ਬਿਜਲੀ ਚਾਲਕਤਾ ਚੰਗੀ ਹੈ, ਅਤੇ Si ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਡਿਵਾਈਸ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਪਰਿਪੱਕ ਹੈ। ਭਵਿੱਖ ਵਿੱਚ Si ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਡਿਵਾਈਸਾਂ ਦੇ ਨਾਲ ਓਪਟੋਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ GaN ਡਿਵਾਈਸਾਂ ਨੂੰ ਪੂਰੀ ਤਰ੍ਹਾਂ ਏਕੀਕ੍ਰਿਤ ਕਰਨ ਦੀ ਸੰਭਾਵਨਾ ਵੀ ਸਿਲੀਕਾਨ 'ਤੇ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਦੇ ਵਾਧੇ ਨੂੰ ਬਹੁਤ ਆਕਰਸ਼ਕ ਬਣਾਉਂਦੀ ਹੈ।

ਹਾਲਾਂਕਿ, Si ਸਬਸਟਰੇਟ ਅਤੇ GaN ਸਮੱਗਰੀ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਜਾਲੀ ਸਥਿਰਾਂਕਾਂ ਵਿੱਚ ਵੱਡੇ ਅੰਤਰ ਦੇ ਕਾਰਨ, Si ਸਬਸਟਰੇਟ 'ਤੇ GaN ਦੀ ਵਿਭਿੰਨ ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਇੱਕ ਆਮ ਵੱਡੀ ਬੇਮੇਲ ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਹੈ, ਅਤੇ ਇਸਨੂੰ ਕਈ ਸਮੱਸਿਆਵਾਂ ਦਾ ਸਾਹਮਣਾ ਕਰਨ ਦੀ ਵੀ ਲੋੜ ਹੈ:

✔ ਸਤਹ ਇੰਟਰਫੇਸ ਊਰਜਾ ਸਮੱਸਿਆ। ਜਦੋਂ GaN ਇੱਕ Si ਸਬਸਟਰੇਟ 'ਤੇ ਉੱਗਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ Si ਸਬਸਟਰੇਟ ਦੀ ਸਤ੍ਹਾ ਨੂੰ ਪਹਿਲਾਂ ਇੱਕ ਅਮੋਰਫਸ ਸਿਲੀਕਾਨ ਨਾਈਟਰਾਈਡ ਪਰਤ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਨਾਈਟਰਾਈਡ ਕੀਤਾ ਜਾਵੇਗਾ ਜੋ ਉੱਚ-ਘਣਤਾ ਵਾਲੇ GaN ਦੇ ਨਿਊਕਲੀਏਸ਼ਨ ਅਤੇ ਵਿਕਾਸ ਲਈ ਅਨੁਕੂਲ ਨਹੀਂ ਹੈ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, Si ਸਤ੍ਹਾ ਪਹਿਲਾਂ Ga ਨਾਲ ਸੰਪਰਕ ਕਰੇਗੀ, ਜੋ Si ਸਬਸਟਰੇਟ ਦੀ ਸਤ੍ਹਾ ਨੂੰ ਖਰਾਬ ਕਰ ਦੇਵੇਗੀ। ਉੱਚ ਤਾਪਮਾਨ 'ਤੇ, Si ਸਤ੍ਹਾ ਦਾ ਸੜਨ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਵਿੱਚ ਫੈਲ ਜਾਵੇਗਾ ਜਿਸ ਨਾਲ ਕਾਲੇ ਸਿਲੀਕਾਨ ਧੱਬੇ ਬਣ ਜਾਣਗੇ।

✔ GaN ਅਤੇ Si ਵਿਚਕਾਰ ਜਾਲੀ ਨਿਰੰਤਰ ਬੇਮੇਲ ਵੱਡਾ ਹੈ (~17%), ਜੋ ਉੱਚ-ਘਣਤਾ ਵਾਲੇ ਥ੍ਰੈੱਡਿੰਗ ਡਿਸਲੋਕੇਸ਼ਨ ਦੇ ਗਠਨ ਵੱਲ ਲੈ ਜਾਵੇਗਾ ਅਤੇ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਦੀ ਗੁਣਵੱਤਾ ਨੂੰ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਤੌਰ 'ਤੇ ਘਟਾ ਦੇਵੇਗਾ;

✔ Si ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ, GaN ਵਿੱਚ ਇੱਕ ਵੱਡਾ ਥਰਮਲ ਐਕਸਪੈਂਸ਼ਨ ਗੁਣਾਂਕ ਹੈ (GaN ਦਾ ਥਰਮਲ ਐਕਸਪੈਂਸ਼ਨ ਗੁਣਾਂਕ ਲਗਭਗ 5.6×10-6K-1 ਹੈ, Si ਦਾ ਥਰਮਲ ਐਕਸਪੈਂਸ਼ਨ ਗੁਣਾਂਕ ਲਗਭਗ 2.6×10-6K-1 ਹੈ), ਅਤੇ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਤਾਪਮਾਨ ਨੂੰ ਕਮਰੇ ਦੇ ਤਾਪਮਾਨ ਤੱਕ ਠੰਢਾ ਕਰਨ ਦੌਰਾਨ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਵਿੱਚ ਤਰੇੜਾਂ ਪੈਦਾ ਹੋ ਸਕਦੀਆਂ ਹਨ;

✔ Si ਉੱਚ ਤਾਪਮਾਨਾਂ 'ਤੇ NH3 ਨਾਲ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ ਕਰਕੇ ਪੌਲੀਕ੍ਰਿਸਟਲਾਈਨ SiNx ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ। AlN ਪੌਲੀਕ੍ਰਿਸਟਲਾਈਨ SiNx 'ਤੇ ਤਰਜੀਹੀ ਤੌਰ 'ਤੇ ਅਧਾਰਤ ਨਿਊਕਲੀਅਸ ਨਹੀਂ ਬਣਾ ਸਕਦਾ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਬਾਅਦ ਵਿੱਚ ਵਧੀ ਹੋਈ GaN ਪਰਤ ਦੀ ਇੱਕ ਵਿਗੜੀ ਸਥਿਤੀ ਅਤੇ ਬਹੁਤ ਸਾਰੇ ਨੁਕਸ ਪੈਦਾ ਹੁੰਦੇ ਹਨ, ਜਿਸਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਦੀ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਗੁਣਵੱਤਾ ਮਾੜੀ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਅਤੇ ਇੱਕ ਸਿੰਗਲ-ਕ੍ਰਿਸਟਲਾਈਨ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਬਣਾਉਣ ਵਿੱਚ ਵੀ ਮੁਸ਼ਕਲ ਹੁੰਦੀ ਹੈ [6]।

ਵੱਡੀ ਜਾਲੀ ਦੇ ਮੇਲ ਦੀ ਸਮੱਸਿਆ ਨੂੰ ਹੱਲ ਕਰਨ ਲਈ, ਖੋਜਕਰਤਾਵਾਂ ਨੇ Si ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ 'ਤੇ ਬਫਰ ਲੇਅਰਾਂ ਵਜੋਂ AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO, ਅਤੇ SiC ਵਰਗੀਆਂ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਨੂੰ ਪੇਸ਼ ਕਰਨ ਦੀ ਕੋਸ਼ਿਸ਼ ਕੀਤੀ ਹੈ। ਪੌਲੀਕ੍ਰਿਸਟਲਾਈਨ SiNx ਦੇ ਗਠਨ ਤੋਂ ਬਚਣ ਅਤੇ GaN/AlN/Si (111) ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਕ੍ਰਿਸਟਲ ਗੁਣਵੱਤਾ 'ਤੇ ਇਸਦੇ ਮਾੜੇ ਪ੍ਰਭਾਵਾਂ ਨੂੰ ਘਟਾਉਣ ਲਈ, TMAl ਨੂੰ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ AlN ਬਫਰ ਪਰਤ ਦੇ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਵਾਧੇ ਤੋਂ ਪਹਿਲਾਂ ਇੱਕ ਨਿਸ਼ਚਿਤ ਸਮੇਂ ਲਈ ਪੇਸ਼ ਕਰਨ ਦੀ ਲੋੜ ਹੁੰਦੀ ਹੈ ਤਾਂ ਜੋ NH3 ਨੂੰ SiNx ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਖੁੱਲ੍ਹੀ Si ਸਤਹ ਨਾਲ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ ਕਰਨ ਤੋਂ ਰੋਕਿਆ ਜਾ ਸਕੇ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਪੈਟਰਨਡ ਸਬਸਟਰੇਟ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਵਰਗੀਆਂ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਤਕਨਾਲੋਜੀਆਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਦੀ ਗੁਣਵੱਤਾ ਨੂੰ ਬਿਹਤਰ ਬਣਾਉਣ ਲਈ ਕੀਤੀ ਜਾ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਇਹਨਾਂ ਤਕਨਾਲੋਜੀਆਂ ਦਾ ਵਿਕਾਸ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਇੰਟਰਫੇਸ 'ਤੇ SiNx ਦੇ ਗਠਨ ਨੂੰ ਰੋਕਣ, GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਦੇ ਦੋ-ਅਯਾਮੀ ਵਿਕਾਸ ਨੂੰ ਉਤਸ਼ਾਹਿਤ ਕਰਨ ਅਤੇ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਦੀ ਵਿਕਾਸ ਗੁਣਵੱਤਾ ਵਿੱਚ ਸੁਧਾਰ ਕਰਨ ਵਿੱਚ ਮਦਦ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਬਸਟਰੇਟ 'ਤੇ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਵਿੱਚ ਤਰੇੜਾਂ ਤੋਂ ਬਚਣ ਲਈ ਥਰਮਲ ਐਕਸਪੈਂਸ਼ਨ ਗੁਣਾਂਕ ਵਿੱਚ ਅੰਤਰ ਕਾਰਨ ਹੋਣ ਵਾਲੇ ਟੈਂਸਿਲ ਤਣਾਅ ਦੀ ਭਰਪਾਈ ਲਈ ਇੱਕ AlN ਬਫਰ ਪਰਤ ਪੇਸ਼ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ। ਕ੍ਰੋਸਟ ਦੀ ਖੋਜ ਦਰਸਾਉਂਦੀ ਹੈ ਕਿ AlN ਬਫਰ ਪਰਤ ਦੀ ਮੋਟਾਈ ਅਤੇ ਤਣਾਅ ਵਿੱਚ ਕਮੀ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਇੱਕ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਸਬੰਧ ਹੈ। ਜਦੋਂ ਬਫਰ ਪਰਤ ਦੀ ਮੋਟਾਈ 12nm ਤੱਕ ਪਹੁੰਚ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਤਾਂ 6μm ਤੋਂ ਵੱਧ ਮੋਟੀ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਨੂੰ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਦੇ ਕ੍ਰੈਕਿੰਗ ਤੋਂ ਬਿਨਾਂ ਇੱਕ ਢੁਕਵੀਂ ਵਿਕਾਸ ਯੋਜਨਾ ਦੁਆਰਾ ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਬਸਟਰੇਟ 'ਤੇ ਉਗਾਇਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ।

ਖੋਜਕਰਤਾਵਾਂ ਦੇ ਲੰਬੇ ਸਮੇਂ ਦੇ ਯਤਨਾਂ ਤੋਂ ਬਾਅਦ, ਸਿਲੀਕਾਨ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ 'ਤੇ ਉਗਾਈਆਂ ਗਈਆਂ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤਾਂ ਦੀ ਗੁਣਵੱਤਾ ਵਿੱਚ ਕਾਫ਼ੀ ਸੁਧਾਰ ਹੋਇਆ ਹੈ, ਅਤੇ ਫੀਲਡ ਇਫੈਕਟ ਟਰਾਂਜ਼ਿਸਟਰ, ਸਕੌਟਕੀ ਬੈਰੀਅਰ ਅਲਟਰਾਵਾਇਲਟ ਡਿਟੈਕਟਰ, ਨੀਲੇ-ਹਰੇ LED ਅਤੇ ਅਲਟਰਾਵਾਇਲਟ ਲੇਜ਼ਰ ਵਰਗੇ ਯੰਤਰਾਂ ਨੇ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਤਰੱਕੀ ਕੀਤੀ ਹੈ।

ਸੰਖੇਪ ਵਿੱਚ, ਕਿਉਂਕਿ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਵਰਤੇ ਜਾਣ ਵਾਲੇ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਸਬਸਟਰੇਟ ਸਾਰੇ ਵਿਭਿੰਨ ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਹਨ, ਉਹਨਾਂ ਸਾਰਿਆਂ ਨੂੰ ਆਮ ਸਮੱਸਿਆਵਾਂ ਦਾ ਸਾਹਮਣਾ ਕਰਨਾ ਪੈਂਦਾ ਹੈ ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਜਾਲੀ ਦੇ ਮੇਲ ਨਹੀਂ ਖਾਂਦੇ ਅਤੇ ਥਰਮਲ ਵਿਸਥਾਰ ਗੁਣਾਂਕ ਵਿੱਚ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਡਿਗਰੀਆਂ ਤੱਕ ਵੱਡੇ ਅੰਤਰ। ਸਮਰੂਪ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ GaN ਸਬਸਟਰੇਟ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਦੀ ਪਰਿਪੱਕਤਾ ਦੁਆਰਾ ਸੀਮਿਤ ਹਨ, ਅਤੇ ਸਬਸਟਰੇਟ ਅਜੇ ਤੱਕ ਵੱਡੇ ਪੱਧਰ 'ਤੇ ਪੈਦਾ ਨਹੀਂ ਕੀਤੇ ਗਏ ਹਨ। ਉਤਪਾਦਨ ਲਾਗਤ ਉੱਚ ਹੈ, ਸਬਸਟਰੇਟ ਦਾ ਆਕਾਰ ਛੋਟਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਸਬਸਟਰੇਟ ਗੁਣਵੱਤਾ ਆਦਰਸ਼ ਨਹੀਂ ਹੈ। ਨਵੇਂ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਦਾ ਵਿਕਾਸ ਅਤੇ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਗੁਣਵੱਤਾ ਵਿੱਚ ਸੁਧਾਰ ਅਜੇ ਵੀ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਉਦਯੋਗ ਦੇ ਹੋਰ ਵਿਕਾਸ ਨੂੰ ਸੀਮਤ ਕਰਨ ਵਾਲੇ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਕਾਰਕਾਂ ਵਿੱਚੋਂ ਇੱਕ ਹਨ।

IV. GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਲਈ ਆਮ ਤਰੀਕੇ

MOCVD (ਰਸਾਇਣਕ ਭਾਫ਼ ਜਮ੍ਹਾਂ)

ਅਜਿਹਾ ਲਗਦਾ ਹੈ ਕਿ GaN ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ 'ਤੇ ਸਮਰੂਪ ਐਪੀਟੈਕਸੀ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਲਈ ਸਭ ਤੋਂ ਵਧੀਆ ਵਿਕਲਪ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਕਿਉਂਕਿ ਰਸਾਇਣਕ ਭਾਫ਼ ਜਮ੍ਹਾਂ ਹੋਣ ਦੇ ਪੂਰਵਗਾਮੀ ਟ੍ਰਾਈਮੇਥਾਈਲਗੈਲੀਅਮ ਅਤੇ ਅਮੋਨੀਆ ਹਨ, ਅਤੇ ਕੈਰੀਅਰ ਗੈਸ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਹੈ, ਇਸ ਲਈ ਆਮ MOCVD ਵਿਕਾਸ ਤਾਪਮਾਨ ਲਗਭਗ 1000-1100℃ ਹੈ, ਅਤੇ MOCVD ਦੀ ਵਿਕਾਸ ਦਰ ਪ੍ਰਤੀ ਘੰਟਾ ਕੁਝ ਮਾਈਕਰੋਨ ਹੈ। ਇਹ ਪਰਮਾਣੂ ਪੱਧਰ 'ਤੇ ਖੜ੍ਹੀ ਇੰਟਰਫੇਸ ਪੈਦਾ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਹੇਟਰੋਜੰਕਸ਼ਨ, ਕੁਆਂਟਮ ਖੂਹਾਂ, ਸੁਪਰਲੈਟੀਸ ਅਤੇ ਹੋਰ ਬਣਤਰਾਂ ਨੂੰ ਵਧਾਉਣ ਲਈ ਬਹੁਤ ਢੁਕਵਾਂ ਹੈ। ਇਸਦੀ ਤੇਜ਼ ਵਿਕਾਸ ਦਰ, ਚੰਗੀ ਇਕਸਾਰਤਾ, ਅਤੇ ਵੱਡੇ-ਖੇਤਰ ਅਤੇ ਬਹੁ-ਟੁਕੜੇ ਦੇ ਵਾਧੇ ਲਈ ਅਨੁਕੂਲਤਾ ਅਕਸਰ ਉਦਯੋਗਿਕ ਉਤਪਾਦਨ ਵਿੱਚ ਵਰਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ।
MBE (ਮੌਲੀਕਿਊਲਰ ਬੀਮ ਐਪੀਟੈਕਸੀ)
ਅਣੂ ਬੀਮ ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਵਿੱਚ, Ga ਇੱਕ ਤੱਤ ਸਰੋਤ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਕਿਰਿਆਸ਼ੀਲ ਨਾਈਟ੍ਰੋਜਨ RF ਪਲਾਜ਼ਮਾ ਰਾਹੀਂ ਨਾਈਟ੍ਰੋਜਨ ਤੋਂ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। MOCVD ਵਿਧੀ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ, MBE ਵਿਕਾਸ ਤਾਪਮਾਨ ਲਗਭਗ 350-400℃ ਘੱਟ ਹੈ। ਘੱਟ ਵਿਕਾਸ ਤਾਪਮਾਨ ਕੁਝ ਪ੍ਰਦੂਸ਼ਣ ਤੋਂ ਬਚ ਸਕਦਾ ਹੈ ਜੋ ਉੱਚ ਤਾਪਮਾਨ ਵਾਲੇ ਵਾਤਾਵਰਣਾਂ ਕਾਰਨ ਹੋ ਸਕਦਾ ਹੈ। MBE ਸਿਸਟਮ ਅਤਿ-ਉੱਚ ਵੈਕਿਊਮ ਦੇ ਅਧੀਨ ਕੰਮ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਇਸਨੂੰ ਵਧੇਰੇ ਇਨ-ਸੀਟੂ ਖੋਜ ਵਿਧੀਆਂ ਨੂੰ ਏਕੀਕ੍ਰਿਤ ਕਰਨ ਦੀ ਆਗਿਆ ਦਿੰਦਾ ਹੈ। ਇਸਦੇ ਨਾਲ ਹੀ, ਇਸਦੀ ਵਿਕਾਸ ਦਰ ਅਤੇ ਉਤਪਾਦਨ ਸਮਰੱਥਾ ਦੀ ਤੁਲਨਾ MOCVD ਨਾਲ ਨਹੀਂ ਕੀਤੀ ਜਾ ਸਕਦੀ, ਅਤੇ ਇਸਦੀ ਵਰਤੋਂ ਵਿਗਿਆਨਕ ਖੋਜ ਵਿੱਚ ਵਧੇਰੇ ਕੀਤੀ ਜਾਂਦੀ ਹੈ [7]।

ਚਿੱਤਰ 5 (a) Eiko-MBE ਯੋਜਨਾਬੱਧ (b) MBE ਮੁੱਖ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਚੈਂਬਰ ਯੋਜਨਾਬੱਧ

HVPE ਵਿਧੀ (ਹਾਈਡ੍ਰਾਈਡ ਵਾਸ਼ਪ ਪੜਾਅ ਐਪੀਟੈਕਸੀ)

ਹਾਈਡ੍ਰਾਈਡ ਵਾਸ਼ਪ ਪੜਾਅ ਐਪੀਟੈਕਸੀ ਵਿਧੀ ਦੇ ਪੂਰਵਗਾਮੀ GaCl3 ਅਤੇ NH3 ਹਨ। ਡੈਚਪ੍ਰੋਹਮ ਅਤੇ ਹੋਰਾਂ ਨੇ ਇਸ ਵਿਧੀ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟ ਦੀ ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ ਸੈਂਕੜੇ ਮਾਈਕਰੋਨ ਮੋਟੀ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਨੂੰ ਉਗਾਉਣ ਲਈ ਕੀਤੀ। ਉਨ੍ਹਾਂ ਦੇ ਪ੍ਰਯੋਗ ਵਿੱਚ, ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟ ਅਤੇ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ZnO ਦੀ ਇੱਕ ਪਰਤ ਨੂੰ ਬਫਰ ਪਰਤ ਵਜੋਂ ਉਗਾਇਆ ਗਿਆ ਸੀ, ਅਤੇ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਨੂੰ ਸਬਸਟਰੇਟ ਸਤ੍ਹਾ ਤੋਂ ਛਿੱਲ ਦਿੱਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। MOCVD ਅਤੇ MBE ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ, HVPE ਵਿਧੀ ਦੀ ਮੁੱਖ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾ ਇਸਦੀ ਉੱਚ ਵਿਕਾਸ ਦਰ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਮੋਟੀਆਂ ਪਰਤਾਂ ਅਤੇ ਥੋਕ ਸਮੱਗਰੀ ਦੇ ਉਤਪਾਦਨ ਲਈ ਢੁਕਵੀਂ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਜਦੋਂ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਦੀ ਮੋਟਾਈ 20μm ਤੋਂ ਵੱਧ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਤਾਂ ਇਸ ਵਿਧੀ ਦੁਆਰਾ ਪੈਦਾ ਕੀਤੀ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਵਿੱਚ ਦਰਾਰਾਂ ਹੋਣ ਦਾ ਖ਼ਤਰਾ ਹੁੰਦਾ ਹੈ।
ਅਕੀਰਾ USUI ਨੇ ਇਸ ਵਿਧੀ ਦੇ ਆਧਾਰ 'ਤੇ ਪੈਟਰਨਡ ਸਬਸਟਰੇਟ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਪੇਸ਼ ਕੀਤੀ। ਉਨ੍ਹਾਂ ਨੇ ਪਹਿਲਾਂ MOCVD ਵਿਧੀ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟ 'ਤੇ ਇੱਕ ਪਤਲੀ 1-1.5μm ਮੋਟੀ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਉਗਾਈ। ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਵਿੱਚ ਘੱਟ ਤਾਪਮਾਨ ਦੀਆਂ ਸਥਿਤੀਆਂ ਵਿੱਚ ਉਗਾਈ ਗਈ 20nm ਮੋਟੀ GaN ਬਫਰ ਪਰਤ ਅਤੇ ਉੱਚ ਤਾਪਮਾਨ ਦੀਆਂ ਸਥਿਤੀਆਂ ਵਿੱਚ ਉਗਾਈ ਗਈ ਇੱਕ GaN ਪਰਤ ਸ਼ਾਮਲ ਸੀ। ਫਿਰ, 430℃ 'ਤੇ, ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਦੀ ਸਤ੍ਹਾ 'ਤੇ SiO2 ਦੀ ਇੱਕ ਪਰਤ ਪਲੇਟ ਕੀਤੀ ਗਈ ਸੀ, ਅਤੇ ਫੋਟੋਲਿਥੋਗ੍ਰਾਫੀ ਦੁਆਰਾ SiO2 ਫਿਲਮ 'ਤੇ ਖਿੜਕੀਆਂ ਦੀਆਂ ਧਾਰੀਆਂ ਬਣਾਈਆਂ ਗਈਆਂ ਸਨ। ਧਾਰੀ ਦੀ ਦੂਰੀ 7μm ਸੀ ਅਤੇ ਮਾਸਕ ਦੀ ਚੌੜਾਈ 1μm ਤੋਂ 4μm ਤੱਕ ਸੀ। ਇਸ ਸੁਧਾਰ ਤੋਂ ਬਾਅਦ, ਉਨ੍ਹਾਂ ਨੇ 2-ਇੰਚ ਵਿਆਸ ਵਾਲੇ ਨੀਲਮ ਸਬਸਟਰੇਟ 'ਤੇ ਇੱਕ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਪਰਤ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤੀ ਜੋ ਕਿ ਦਰਾੜ-ਮੁਕਤ ਅਤੇ ਸ਼ੀਸ਼ੇ ਵਾਂਗ ਨਿਰਵਿਘਨ ਸੀ ਭਾਵੇਂ ਮੋਟਾਈ ਦਸਾਂ ਜਾਂ ਸੈਂਕੜੇ ਮਾਈਕ੍ਰੋਨ ਤੱਕ ਵਧ ਗਈ ਹੋਵੇ। ਨੁਕਸ ਘਣਤਾ ਰਵਾਇਤੀ HVPE ਵਿਧੀ ਦੇ 109-1010cm-2 ਤੋਂ ਘਟਾ ਕੇ ਲਗਭਗ 6×107cm-2 ਕਰ ਦਿੱਤੀ ਗਈ ਸੀ। ਉਹਨਾਂ ਨੇ ਪ੍ਰਯੋਗ ਵਿੱਚ ਇਹ ਵੀ ਦੱਸਿਆ ਕਿ ਜਦੋਂ ਵਿਕਾਸ ਦਰ 75μm/h ਤੋਂ ਵੱਧ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਤਾਂ ਨਮੂਨੇ ਦੀ ਸਤ੍ਹਾ ਖੁਰਦਰੀ ਹੋ ਜਾਂਦੀ ਹੈ [8]।

ਚਿੱਤਰ 6 ਗ੍ਰਾਫਿਕਲ ਸਬਸਟਰੇਟ ਯੋਜਨਾਬੱਧ

V. ਸੰਖੇਪ ਅਤੇ ਦ੍ਰਿਸ਼ਟੀਕੋਣ

GaN ਸਮੱਗਰੀਆਂ 2014 ਵਿੱਚ ਉਭਰਨੀਆਂ ਸ਼ੁਰੂ ਹੋਈਆਂ ਜਦੋਂ ਉਸ ਸਾਲ ਨੀਲੀ ਰੋਸ਼ਨੀ ਵਾਲੀ LED ਨੇ ਭੌਤਿਕ ਵਿਗਿਆਨ ਵਿੱਚ ਨੋਬਲ ਪੁਰਸਕਾਰ ਜਿੱਤਿਆ, ਅਤੇ ਖਪਤਕਾਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨਿਕਸ ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ ਤੇਜ਼ ਚਾਰਜਿੰਗ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਦੇ ਜਨਤਾ ਦੇ ਖੇਤਰ ਵਿੱਚ ਦਾਖਲ ਹੋ ਗਈ। ਦਰਅਸਲ, 5G ਬੇਸ ਸਟੇਸ਼ਨਾਂ ਵਿੱਚ ਵਰਤੇ ਜਾਣ ਵਾਲੇ ਪਾਵਰ ਐਂਪਲੀਫਾਇਰ ਅਤੇ RF ਡਿਵਾਈਸਾਂ ਵਿੱਚ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਜੋ ਜ਼ਿਆਦਾਤਰ ਲੋਕ ਨਹੀਂ ਦੇਖ ਸਕਦੇ, ਉਹ ਵੀ ਚੁੱਪਚਾਪ ਉਭਰ ਕੇ ਸਾਹਮਣੇ ਆਈਆਂ ਹਨ। ਹਾਲ ਹੀ ਦੇ ਸਾਲਾਂ ਵਿੱਚ, GaN-ਅਧਾਰਤ ਆਟੋਮੋਟਿਵ-ਗ੍ਰੇਡ ਪਾਵਰ ਡਿਵਾਈਸਾਂ ਦੀ ਸਫਲਤਾ GaN ਸਮੱਗਰੀ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨ ਮਾਰਕੀਟ ਲਈ ਨਵੇਂ ਵਿਕਾਸ ਬਿੰਦੂ ਖੋਲ੍ਹਣ ਦੀ ਉਮੀਦ ਹੈ।
ਵੱਡੀ ਮਾਰਕੀਟ ਮੰਗ ਯਕੀਨੀ ਤੌਰ 'ਤੇ GaN-ਸਬੰਧਤ ਉਦਯੋਗਾਂ ਅਤੇ ਤਕਨਾਲੋਜੀਆਂ ਦੇ ਵਿਕਾਸ ਨੂੰ ਉਤਸ਼ਾਹਿਤ ਕਰੇਗੀ। GaN-ਸਬੰਧਤ ਉਦਯੋਗਿਕ ਲੜੀ ਦੀ ਪਰਿਪੱਕਤਾ ਅਤੇ ਸੁਧਾਰ ਦੇ ਨਾਲ, ਮੌਜੂਦਾ GaN ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਦੁਆਰਾ ਦਰਪੇਸ਼ ਸਮੱਸਿਆਵਾਂ ਨੂੰ ਅੰਤ ਵਿੱਚ ਸੁਧਾਰਿਆ ਜਾਂ ਦੂਰ ਕੀਤਾ ਜਾਵੇਗਾ। ਭਵਿੱਖ ਵਿੱਚ, ਲੋਕ ਨਿਸ਼ਚਤ ਤੌਰ 'ਤੇ ਹੋਰ ਨਵੀਆਂ ਐਪੀਟੈਕਸੀਅਲ ਤਕਨਾਲੋਜੀਆਂ ਅਤੇ ਹੋਰ ਸ਼ਾਨਦਾਰ ਸਬਸਟਰੇਟ ਵਿਕਲਪ ਵਿਕਸਤ ਕਰਨਗੇ। ਉਦੋਂ ਤੱਕ, ਲੋਕ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨ ਦ੍ਰਿਸ਼ਾਂ ਦੀਆਂ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂ ਦੇ ਅਨੁਸਾਰ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨ ਦ੍ਰਿਸ਼ਾਂ ਲਈ ਸਭ ਤੋਂ ਢੁਕਵੀਂ ਬਾਹਰੀ ਖੋਜ ਤਕਨਾਲੋਜੀ ਅਤੇ ਸਬਸਟਰੇਟ ਚੁਣਨ ਦੇ ਯੋਗ ਹੋਣਗੇ, ਅਤੇ ਸਭ ਤੋਂ ਵੱਧ ਪ੍ਰਤੀਯੋਗੀ ਅਨੁਕੂਲਿਤ ਉਤਪਾਦ ਤਿਆਰ ਕਰ ਸਕਣਗੇ।