Tehnologie de creștere epitaxială și bob oxidat în picioare - II

2. Creșterea epitaxială a peliculelor subțiri

Substratul oferă un strat suport fizic sau un strat conductiv pentru dispozitivele de alimentare cu Ga2O3. Următorul strat important este stratul de canal sau stratul epitaxial utilizat pentru rezistența la tensiune și transportul purtătorilor. Pentru a crește tensiunea de străpungere și a minimiza rezistența la conducție, grosimea controlabilă și concentrația de dopare, precum și calitatea optimă a materialului, sunt câteva condiții prealabile. Straturile epitaxiale de Ga2O3 de înaltă calitate sunt de obicei depuse folosind epitaxia cu fascicul molecular (MBE), depunerea chimică din vapori metalo-organici (MOCVD), depunerea din vapori de halogenuri (HVPE), depunerea cu laser pulsat (PLD) și tehnici de depunere bazate pe CVD în ceață.

Tabelul 2 Câteva tehnologii epitaxiale reprezentative

2.1 Metoda MBE

Tehnologia MBE este renumită pentru capacitatea sa de a crea pelicule de β-Ga2O3 de înaltă calitate, fără defecte, cu dopare controlabilă de tip n, datorită mediului său de vid ultra-înalt și purității ridicate a materialului. Drept urmare, a devenit una dintre cele mai studiate și potențial comercializate tehnologii de depunere a peliculelor subțiri de β-Ga2O3. În plus, metoda MBE a preparat cu succes și un strat de peliculă subțire de β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 cu heterostructură de înaltă calitate, cu dopare scăzută. MBE poate monitoriza structura și morfologia suprafeței în timp real, cu precizie atomică a stratului, utilizând difracția electronilor de înaltă energie prin reflexie (RHEED). Cu toate acestea, peliculele de β-Ga2O3 crescute folosind tehnologia MBE se confruntă încă cu multe provocări, cum ar fi rata de creștere scăzută și dimensiunile mici ale peliculei. Studiul a constatat că rata de creștere a fost de ordinul (010)>(001)>(-201)>(100). În condiții ușor bogate în Ga, de 650 până la 750°C, β-Ga2O3 (010) prezintă o creștere optimă, cu o suprafață netedă și o rată de creștere ridicată. Folosind această metodă, epitaxia β-Ga2O3 a fost obținută cu succes cu o rugozitate RMS de 0,1 nm. β-Ga2O3 Într-un mediu bogat în Ga, peliculele MBE crescute la diferite temperaturi sunt prezentate în figură. Novel Crystal Technology Inc. a produs cu succes epitaxial napolitane β-Ga2O3MBE de 10 × 15 mm2. Acestea oferă substraturi monocristaline β-Ga2O3 orientate (010) de înaltă calitate, cu o grosime de 500 μm și o durată de viață a spectrului XRD sub 150 secunde de arc. Substratul este dopat cu Sn sau Fe. Substratul conductiv dopat cu Sn are o concentrație de dopare de 1E18 până la 9E18cm−3, în timp ce substratul semiizolant dopat cu fier are o rezistivitate mai mare de 10E10 Ω cm.

2.2 Metoda MOCVD

MOCVD utilizează compuși metalo-organici ca materiale precursoare pentru a crește pelicule subțiri, realizând astfel producția comercială la scară largă. Atunci când se cultivă Ga2O3 folosind metoda MOCVD, se utilizează de obicei trimetilgaliu (TMGa), trietilgaliu (TEGa) și Ga (formiat de dipentil glicol) ca sursă de Ga, în timp ce H2O, O2 sau N2O sunt utilizate ca sursă de oxigen. Creșterea folosind această metodă necesită, în general, temperaturi ridicate (>800°C). Această tehnologie are potențialul de a obține o concentrație scăzută de purtători și mobilitate a electronilor la temperaturi ridicate și joase, prin urmare este de mare importanță pentru realizarea unor dispozitive de putere β-Ga2O3 de înaltă performanță. Comparativ cu metoda de creștere MBE, MOCVD are avantajul de a obține rate de creștere foarte mari ale peliculelor de β-Ga2O3 datorită caracteristicilor de creștere la temperaturi ridicate și reacțiilor chimice.

Figura 7 Imaginea AFM p-Ga2O3 (010).

Figura 8 β-Ga2O3 Relația dintre μ și rezistența foii măsurată prin Hall și temperatură

2.3 Metoda HVPE

HVPE este o tehnologie epitaxială matură și a fost utilizată pe scară largă în creșterea epitaxială a semiconductorilor compuși III-V. HVPE este cunoscut pentru costul său de producție redus, rata rapidă de creștere și grosimea mare a peliculei. Trebuie menționat că HVPEβ-Ga2O3 prezintă de obicei o morfologie a suprafeței rugoase și o densitate mare de defecte și gropițe de suprafață. Prin urmare, sunt necesare procese de lustruire chimică și mecanică înainte de fabricarea dispozitivului. Tehnologia HVPE pentru epitaxia β-Ga2O3 utilizează de obicei GaCl și O2 gazoase ca precursori pentru a promova reacția la temperatură înaltă a matricei (001) β-Ga2O3. Figura 9 prezintă starea suprafeței și rata de creștere a peliculei epitaxiale în funcție de temperatură. În ultimii ani, compania japoneză Novel Crystal Technology Inc. a obținut un succes comercial semnificativ în domeniul HVPE homoepitaxial β-Ga2O3, cu grosimi ale straturilor epitaxiale de 5 până la 10 μm și dimensiuni ale napolitanelor de 2 și 4 inci. În plus, napolitanele homoepitaxiale HVPE β-Ga2O3 cu grosimea de 20 μm produse de China Electronics Technology Group Corporation au intrat și ele în etapa de comercializare.

Figura 9 Metoda HVPE β-Ga2O3

2.4 Metoda PLD

Tehnologia PLD este utilizată în principal pentru depunerea de pelicule complexe de oxid și heterostructuri. În timpul procesului de creștere PLD, energia fotonică este cuplată cu materialul țintă prin procesul de emisie de electroni. Spre deosebire de MBE, particulele sursă PLD sunt formate prin radiații laser cu energie extrem de mare (>100 eV) și ulterior depuse pe un substrat încălzit. Cu toate acestea, în timpul procesului de ablație, unele particule de înaltă energie vor afecta direct suprafața materialului, creând defecte punctuale și reducând astfel calitatea peliculei. Similar metodei MBE, RHEED poate fi utilizată pentru a monitoriza structura suprafeței și morfologia materialului în timp real în timpul procesului de depunere PLD de β-Ga2O3, permițând cercetătorilor să obțină cu precizie informații despre creștere. Se așteaptă ca metoda PLD să crească pelicule de β-Ga2O3 cu conductivitate ridicată, ceea ce o face o soluție optimizată de contact ohmic în dispozitivele de alimentare cu Ga2O3.

Figura 10 Imagine AFM a Ga2O3 dopat cu Si

2.5 Metoda MIST-CVD

MIST-CVD este o tehnologie relativ simplă și rentabilă de creștere a peliculelor subțiri. Această metodă CVD implică reacția de pulverizare a unui precursor atomizat pe un substrat pentru a realiza depunerea peliculei subțiri. Cu toate acestea, până în prezent, Ga2O3 crescut folosind CVD prin pulverizare ...