1. Semiconductor-yada jiilka saddexaad
Tiknoolajiyadda semiconductor-ka ee jiilka koowaad waxaa lagu sameeyay iyadoo lagu saleynayo agabka semiconductor-ka sida Si iyo Ge. Waa saldhigga agabka ee horumarinta transistor-yada iyo tignoolajiyada wareegga isku dhafan. Agabka semiconductor-ka ee jiilka koowaad ayaa aasaaska u dhigay warshadaha elektaroonigga ah qarnigii 20-aad waana agabka aasaasiga ah ee tignoolajiyada wareegga isku dhafan.
Qalabka semiconductor-ka ee jiilka labaad waxaa inta badan ka mid ah gallium arsenide, indium phosphide, gallium phosphide, indium arsenide, aluminium arsenide iyo isku-dhisyadooda hoose. Qalabka semiconductor-ka ee jiilka labaad waa aasaaska warshadaha macluumaadka optoelectronic. Sidaas awgeed, waxaa la sameeyay warshado la xiriira sida nalalka, bandhigga, laysarka, iyo photovoltaics. Waxaa si weyn loogu isticmaalaa warshadaha casriga ah ee tignoolajiyada macluumaadka iyo bandhigga optoelectronic.
Agabka matalaya ee agabka semiconductor-ka jiilka saddexaad waxaa ka mid ah gallium nitride iyo silicon carbide. Sababtoo ah farqiga ballaaran ee band-ka, xawaaraha qulqulka sare ee electron-ka, kulaylka sare ee kulaylka, iyo xoogga goobta burburka sare, waa agab ku habboon diyaarinta cufnaanta awoodda sare, soo noqnoqoshada sare, iyo aaladaha elektarooniga ah ee khasaaraha hooseeya. Kuwaas waxaa ka mid ah, aaladaha korontada ee silicon carbide waxay leeyihiin faa'iidooyinka cufnaanta tamarta sare, isticmaalka tamarta hooseeya, iyo cabbirka yar, waxayna leeyihiin rajo ballaaran oo codsi ah oo ku saabsan gawaarida tamarta cusub, photovoltaics, gaadiidka tareenka, xogta weyn, iyo meelaha kale. Aaladaha RF ee Gallium nitride waxay leeyihiin faa'iidooyinka soo noqnoqoshada sare, awoodda sare, baaxadda ballaaran, isticmaalka awoodda hoose iyo cabbirka yar, waxayna leeyihiin rajo ballaaran oo codsi ah oo ku saabsan isgaarsiinta 5G, Internetka Waxyaabaha, radar-ka militariga iyo meelaha kale. Intaa waxaa dheer, aaladaha korontada ee ku salaysan gallium nitride ayaa si weyn loogu isticmaalay goobta danab-yar. Intaa waxaa dheer, sannadihii ugu dambeeyay, agabka gallium oxide ee soo baxaya ayaa la filayaa inay sameeyaan is-waafajin farsamo oo leh teknoolojiyada SiC iyo GaN ee jira, waxayna leeyihiin rajo suurtagal ah oo codsi ah oo ku saabsan goobaha soo noqnoqda hoose iyo danab-yar.
Marka la barbardhigo agabka semiconductor-ka jiilka labaad, agabka semiconductor-ka jiilka saddexaad wuxuu leeyahay ballaca bandgap ballaaran (ballaca bandgap ee Si, oo ah walax caadi ah oo ka mid ah walaxda semiconductor-ka jiilka koowaad, waa qiyaastii 1.1eV, ballaca bandgap ee GaAs, oo ah walax caadi ah oo ka mid ah walaxda semiconductor-ka jiilka labaad, waa qiyaastii 1.42eV, ballaca bandgap ee GaN, oo ah walax caadi ah oo ka mid ah walaxda semiconductor-ka jiilka saddexaad, wuxuu ka sarreeyaa 2.3eV), iska caabin xooggan oo shucaac ah, iska caabin xooggan oo ka dhan ah burburka goobta korontada, iyo iska caabin heer sare ah. Agabka semiconductor-ka jiilka saddexaad oo leh ballaca bandgap ballaaran ayaa si gaar ah ugu habboon soo saarista aaladaha elektarooniga ah ee u adkaysta shucaaca, soo noqnoqoshada sare, awoodda sare iyo isku-dhafka sare. Adeegsigooda aaladaha soo noqnoqda raadiyaha microwave-ka, LED-yada, laysarka, aaladaha korontada iyo meelaha kale ayaa soo jiitay dareen badan, waxayna muujiyeen rajooyin horumarineed oo ballaaran oo ku saabsan isgaarsiinta moobaylka, shabakadaha caqliga badan, gaadiidka tareenka, gawaarida tamarta cusub, elektaroonigga macaamiisha, iyo aaladaha iftiinka ultraviolet iyo buluug-cagaaran [1].
Isha sawirka: CASA, Machadka Cilmi-baarista Amniga Zheshang
Jaantuska 1 Cabbirka waqtiga iyo saadaasha qalabka korontada GaN
Qaab-dhismeedka iyo astaamaha agabka II GaN
GaN waa semiconductor-ka tooska ah ee bandgap. Ballaca bandgap ee qaab-dhismeedka wurtzite heerkulka qolka waa qiyaastii 3.26eV. Agabka GaN wuxuu leeyahay saddex qaab-dhismeed oo kiristaalo ah oo waaweyn, kuwaas oo kala ah qaab-dhismeedka wurtzite, qaab-dhismeedka sphalerite iyo qaab-dhismeedka milixda dhagaxa. Waxaa ka mid ah, qaab-dhismeedka wurtzite waa qaab-dhismeedka kiristaalo ee ugu xasilloon. Jaantuska 2 waa jaantuska qaab-dhismeedka wurtzite ee lix-geesoodka ah ee GaN. Qaab-dhismeedka wurtzite ee walxaha GaN wuxuu ka tirsan yahay qaab-dhismeed lix-geesood ah oo isku xiran. Unug kasta wuxuu leeyahay 12 atam, oo ay ku jiraan 6 atam N iyo 6 atam Ga. Atam kasta oo Ga (N) ah wuxuu sameeyaa isku xidhka 4 atam N (Ga) ee ugu dhow wuxuuna ku dul yaal habka ABABAB… oo ku teedsan jihada [0001] [2].
Jaantuska 2 Qaab-dhismeedka Wurtzite Jaantuska unugyada kiristaalka GaN
III Substrates-ka si caadi ah loo isticmaalo ee loogu talagalay epitaxy-ga GaN
Waxay u muuqataa in epitaxy isku mid ah oo ku yaal substrates-ka GaN ay tahay doorashada ugu fiican ee epitaxy-ga GaN. Si kastaba ha ahaatee, sababtoo ah tamarta isku xidhka weyn ee GaN, marka heerkulku gaaro barta dhalaalka ee 2500℃, cadaadiska kala-goynta ee u dhigma waa qiyaastii 4.5GPa. Marka cadaadiska kala-goynta uu ka hooseeyo cadaadiskan, GaN ma dhalaalo laakiin si toos ah ayuu u burburaa. Tani waxay ka dhigaysaa teknoolojiyada diyaarinta substrate-ka bislaaday sida habka Czochralski mid aan ku habboonayn diyaarinta substrates-ka keli ah ee GaN, taasoo ka dhigaysa substrates-ka GaN mid adag in la soo saaro oo qaali ah. Sidaa darteed, substrates-ka sida caadiga ah loogu isticmaalo koritaanka epitaxial-ka GaN waa inta badan Si, SiC, safayr, iwm. [3].
Jaantuska 3aad GaN iyo xuduudaha walxaha substrate-ka ee si caadi ah loo isticmaalo
GaN epitaxy oo ku taal safayr
Sapphire waxay leedahay sifooyin kiimiko oo deggan, waa raqiis, waxayna leedahay qaan-gaarnimo sare oo warshadaha wax soo saarka baaxadda weyn ah. Sidaa darteed, waxay noqotay mid ka mid ah walxaha substrate-ka ugu horreeya uguna ballaaran ee loo isticmaalo injineernimada qalabka semiconductor-ka. Iyada oo ah mid ka mid ah substrate-yada si caadi ah loogu isticmaalo GaN epitaxy, dhibaatooyinka ugu waaweyn ee u baahan in la xalliyo substrate-ka sapphire-ka waa:
✔ Sababtoo ah isku dheelitir la'aanta shabagga weyn ee u dhaxaysa safayr (Al2O3) iyo GaN (qiyaastii 15%), cufnaanta cilladaha ee is-dhexgalka u dhexeeya lakabka epitaxial iyo substrate-ka aad ayay u sarreysaa. Si loo yareeyo waxyeellooyinka ka dhasha, substrate-ka waa in lagu sameeyaa daaweyn hore oo adag ka hor inta uusan bilaaban habka epitaxial-ka. Kahor inta aan la beerin epitaxy-ga GaN ee substrate-ka safayr-ka, dusha sare ee substrate-ka waa in marka hore si adag loo nadiifiyaa si looga saaro wasakhda, dhaawaca nadiifinta haraaga ah, iwm., iyo si loo soo saaro tallaabooyin iyo qaab-dhismeedka dusha sare ee tallaabooyinka. Kadib, dusha sare ee substrate-ka waa la nitride-gareeyaa si loo beddelo sifooyinka qoyaanka ee lakabka epitaxial-ka. Ugu dambeyntii, lakab khafiif ah oo AlN ah (badanaa 10-100nm dhumucdiisuna) ayaa loo baahan yahay in lagu shubo dusha sare ee substrate-ka oo lagu xoqo heerkul hooseeya si loogu diyaariyo koritaanka epitaxial-ka ugu dambeeya. Si kastaba ha ahaatee, cufnaanta kala-baxa ee filimada epitaxial ee GaN ee lagu beero substrate-ka safayr ayaa wali ka sarreeya kan filimada homoepitaxial (qiyaastii 1010cm-2, marka la barbar dhigo cufnaanta kala-baxa ee asal ahaan eber ee filimada homoepitaxial ee silicon ama filimada gallium arsenide homoepitaxial, ama inta u dhaxaysa 102 iyo 104cm-2). Cufnaanta cilladaha sare waxay yareysaa dhaqdhaqaaqa side-ka, taasoo soo gaabinaysa cimriga side-ka yar yar iyo yareynta socodka kulaylka, kuwaas oo dhammaantood yareyn doona waxqabadka qalabka [4];
✔ Isugeynta ballaarinta kulaylka ee safayrku way ka weyn tahay tan GaN, sidaa darteed cadaadiska cadaadiska laba-geesoodka ah ayaa laga soo saari doonaa lakabka epitaxial inta lagu jiro habka qaboojinta heerkulka kaydinta ilaa heerkulka qolka. Filimada epitaxial ee qaro weyn, cadaadiskani wuxuu sababi karaa dildilaaca filimka ama xitaa substrate-ka;
✔ Marka la barbardhigo substrates-ka kale, conductivity kulaylka ee substrates safayr waa hooseeyaa (qiyaastii 0.25W*cm-1*K-1 at 100℃), waxqabadka kala-baxa kulaylkana waa liitaa;
✔ Sababtoo ah walaxaha aan la isticmaalin oo liita awgeed, walxaha sapphire-ka ah kuma habboona is-dhexgalka iyo isticmaalka aaladaha kale ee semiconductor-ka.
In kasta oo cufnaanta cilladaha lakabka epitaxial ee GaN ee lagu beero substrates safayr uu sarreeyo, haddana uma muuqato inay si weyn u yaraynayso waxqabadka optoelectronic ee LED-yada buluugga-cagaaran ee ku salaysan GaN, sidaa darteed substrates safayr wali waa substrates caadi ahaan loo isticmaalo LED-yada ku salaysan GaN.
Iyadoo la horumarinayo codsiyada cusub ee aaladaha GaN sida laysarka ama aaladaha kale ee awoodda cufnaanta sare leh, cilladaha asalka ah ee substrate-ka sapphire-ka ayaa si isa soo taraysa u noqday xaddidaad ku saabsan codsigooda. Intaa waxaa dheer, iyadoo la horumarinayo tiknoolajiyada kobaca substrate-ka SiC, dhimista kharashka iyo bislaanshaha tiknoolajiyada epitaxial-ka GaN ee substrate-ka Si, cilmi-baaris dheeraad ah oo ku saabsan koritaanka lakabka epitaxial-ka GaN ee substrate-ka sapphire-ka ayaa si tartiib tartiib ah u muujisay isbeddel qaboojin ah.
Qaybta GaN ee ku taal SiC
Marka la barbardhigo safayr, substrates-ka SiC (4H- iyo 6H-crystals) waxay leeyihiin isku dheelitir la'aan shabag yar oo leh lakabyada epitaxial-ka GaN (3.1%, oo u dhiganta filimada epitaxial-ka ee ku saleysan [0001]), conductivity kuleyl oo sarreeya (qiyaastii 3.8W*cm-1*K-1), iwm. Intaa waxaa dheer, conductivity-ka substrates-ka SiC waxay sidoo kale u oggolaanaysaa in xiriir koronto lagu sameeyo dhabarka substrate-ka, taas oo gacan ka geysanaysa fududeynta qaab-dhismeedka qalabka. Jiritaanka faa'iidooyinkan ayaa soo jiidatay cilmi-baarayaal badan oo ka shaqeeya epitaxy-ga GaN ee substrates-ka silicon carbide.
Si kastaba ha ahaatee, ka shaqaynta tooska ah ee substrates-ka SiC si looga fogaado koritaanka epilayers-ka GaN waxay sidoo kale la kulantaa taxane ah khasaarooyin, oo ay ku jiraan kuwa soo socda:
✔ Qalafsanaanta dusha sare ee substrate-ka SiC aad ayay uga sarreysaa tan substrate-ka safayr (qafisnaanta safayr 0.1nm RMS, qalafsanaanta SiC 1nm RMS), substrate-ka SiC waxay leeyihiin adkaansho sare iyo waxqabad shaqo oo liita, qalafsanaantan iyo dhaawaca nadiifinta haraaga ahna waa mid ka mid ah ilaha cilladaha epilayer-ka GaN.
✔ Cufnaanta kala-baxa boolal ee substrate-ka SiC waa mid sare (cufnaanta kala-baxa 103-104cm-2), kala-baxa boolalku waxay ku faafi karaan lakabka GaN waxayna yareyn karaan waxqabadka qalabka;
✔ Habaynta atamka ee dusha sare ee substrate-ka waxay kicisaa sameynta cilladaha is dulsaarka (BSFs) ee epilayer-ka GaN. GaN-ka epitaxial-ka ee substrate-ka SiC, waxaa jira dhowr amar oo habayn atamka ah oo suurtagal ah oo ku yaal substrate-ka, taasoo keenta nidaam isku-dhafan oo atom ah oo bilow ah oo aan iswaafaqsanayn oo ah lakabka GaN-ka epitaxial-ka ee ku yaal, kaas oo u nugul cilladaha is dulsaarka. Khaladaadka is dulsaarka (SFs) waxay soo bandhigaan goobo koronto oo ku dhex jira dhidibka c, taasoo keenta dhibaatooyin sida daadashada aaladaha kala-soocidda side-ka ee diyaaradda;
✔ Isugeynta ballaarinta kulaylka ee substrate-ka SiC waa ka yar tahay tan AlN iyo GaN, taasoo keenta isku-uruurinta cadaadiska kulaylka inta u dhaxaysa lakabka epitaxial iyo substrate-ka inta lagu jiro habka qaboojinta. Waltereit iyo Brand waxay saadaaliyeen iyagoo ku salaynaya natiijooyinkooda cilmi-baarista in dhibaatadan la yareyn karo ama lagu xallin karo iyadoo la kordhinayo lakabyada epitaxial-ka GaN ee lakabyada nucleation-ka AlN ee khafiifka ah, si isku xiran loo xiiray;
✔ Dhibaatada qoyaan la'aanta atamka Ga. Marka la beerayo lakabyada epitaxial ee GaN si toos ah dusha sare ee SiC, sababtoo ah qoyaan la'aanta u dhaxaysa labada atam, GaN waxay u nugul tahay koritaanka jasiiradda 3D ee dusha sare ee substrate-ka. Soo bandhigida lakabka buffer-ka ayaa ah xalka ugu badan ee loo isticmaalo si loo hagaajiyo tayada walxaha epitaxial ee epitaxy-ga GaN. Soo bandhigida lakabka buffer-ka AlN ama AlxGa1-xN waxay si wax ku ool ah u hagaajin kartaa qoyaanka dusha sare ee SiC waxayna ka dhigi kartaa lakabka epitaxial-ka GaN inuu ku koro laba cabbir. Intaa waxaa dheer, waxay sidoo kale xakamayn kartaa walbahaarka waxayna ka hortagi kartaa cilladaha substrate-ka inay u fidaan epitaxy-ga GaN;
✔ Tiknoolajiyada diyaarinta ee substrate-ka SiC waa mid aan qaan gaarin, qiimaha substrate-ku waa sarreeyaa, waxaana jira alaab-qeybiyeyaal yar iyo sahay yar.
Cilmi-baarista Torres et al. waxay muujinaysaa in xoqidda substrate-ka SiC ee H2 heerkulka sare (1600°C) ka hor epitaxy ay soo saari karto qaab-dhismeed tallaabo oo ka nidaamsan dusha sare ee substrate-ka, taasoo ka dhigaysa filim tayo sare leh oo AlN epitaxial ah marka loo eego marka si toos ah loogu beero dusha sare ee asalka ah. Cilmi-baarista Xie iyo kooxdiisa ayaa sidoo kale muujinaysa in qallajinta hore ee substrate-ka carbide-ka silicon ay si weyn u hagaajin karto qaab-dhismeedka dusha sare iyo tayada kiristaalka ee lakabka epitaxial-ka GaN. Smith et al. waxay ogaadeen in kala-goysyada dunta ee ka soo jeeda lakabka substrate-ka/buffer-ka iyo isku-xirka lakabka buffer-ka/epitaxial-ka ay la xiriiraan fidsanaanta substrate-ka [5].
Jaantuska 4 Qaab-dhismeedka TEM ee muunadaha lakabka epitaxial ee GaN ee lagu beeray substrate 6H-SiC (0001) xaaladaha daaweynta dusha sare ee kala duwan (a) nadiifinta kiimikada; (b) nadiifinta kiimikada + daaweynta balaasmaha haydarojiin; (c) nadiifinta kiimikada + daaweynta balaasmaha haydarojiin + daaweynta kulaylka haydarojiin 1300℃ muddo 30 daqiiqo ah
GaN epitaxy oo ku saabsan Si
Marka la barbardhigo carbide silicon, safayr iyo substrate-yo kale, habka diyaarinta substrate-ka silicon waa mid bisil, wuxuuna si joogto ah u bixin karaa substrate-yo waaweyn oo bisil oo leh waxqabad kharash sare leh. Isla mar ahaantaana, conductivity-ka kulaylka iyo conductivity-ka korontada ayaa wanaagsan, habka qalabka elektaroonigga ah ee Si-na waa mid bisil. Suurtagalnimada in si fiican loogu daro aaladaha optoelectronic GaN aaladaha elektaroonigga ah ee Si mustaqbalka sidoo kale waxay ka dhigaysaa koritaanka epitaxy-ga GaN ee silicon mid aad u soo jiidasho leh.
Si kastaba ha ahaatee, sababtoo ah farqiga weyn ee joogtada ah ee u dhexeeya substrate-ka Si iyo walxaha GaN, epitaxy-ga kala duwan ee GaN ee substrate-ka Si waa epitaxy-ga caadiga ah ee aan iswaafaqsanayn, waxayna sidoo kale u baahan tahay inay wajahdo dhibaatooyin taxane ah:
✔ Dhibaatada tamarta isku xirka dusha sare. Marka GaN ku korto substrate Si, dusha sare ee substrate-ka Si marka hore waxaa la saari doonaa nitride si loo sameeyo lakab silicon nitride ah oo aan qaab lahayn oo aan ku habboonayn nucleation-ka iyo koritaanka GaN-ka cufnaanta sare leh. Intaa waxaa dheer, dusha sare ee Si ayaa marka hore la xiriiri doonta Ga, kaas oo mindi doona dusha sare ee substrate-ka Si. Heerkulka sare, kala-goynta dusha sare ee Si waxay ku faafi doontaa lakabka epitaxial-ka GaN si ay u sameeyaan dhibco silicon madow.
✔ Isbarbardhigga joogtada ah ee shabagga u dhexeeya GaN iyo Si waa weyn yahay (~17%), taas oo horseedi doonta sameynta kala-goysyo dun cufnaan badan leh waxayna si weyn u yareyn doontaa tayada lakabka epitaxial-ka;
✔ Marka la barbardhigo Si, GaN waxay leedahay isku-xidhka ballaarinta kulaylka oo weyn (isku-xidhka ballaarinta kulaylka GaN waa qiyaastii 5.6 × 10-6K-1, isku-xidhka ballaarinta kulaylka Si waa qiyaastii 2.6 × 10-6K-1), dildilaacyadana waxaa laga yaabaa inay ka soo baxaan lakabka epitaxial ee GaN inta lagu jiro qaboojinta heerkulka epitaxial ilaa heerkulka qolka;
✔ Si wuxuu la falgalaa NH3 heerkul sare si uu u sameeyo polycrystalline SiNx. AlN ma samayn karto xudunta u janjeedha ee polycrystalline SiNx, taasoo keenta jiho khaldan oo lakabka GaN ee koray iyo tiro badan oo cillado ah, taasoo keenta tayada kiristaalka oo liidata ee lakabka epitaxial ee GaN, iyo xitaa adkaanta sameynta lakabka epitaxial ee GaN oo keli ah [6].
Si loo xalliyo dhibaatada isku dheelitir la'aanta shaadhka waaweyn, cilmi-baarayaashu waxay isku dayeen inay soo bandhigaan agabyo ay ka mid yihiin AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO, iyo SiC oo ah lakabyo kayd ah oo ku yaal substrate-ka Si. Si looga fogaado sameynta polycrystalline SiNx loona yareeyo saameynta xun ee tayada kiristaalka ee agabka GaN/AlN/Si (111), TMMal badanaa waxaa looga baahan yahay in la soo bandhigo muddo cayiman ka hor koritaanka epitaxial ee lakabka kaydka AlN si looga hortago NH3 inay la falgasho dusha sare ee Si ee la soo bandhigay si loo sameeyo SiNx. Intaa waxaa dheer, teknoolojiyada epitaxial sida tiknoolajiyada substrate-ka qaabaysan ayaa loo isticmaali karaa in lagu hagaajiyo tayada lakabka epitaxial. Horumarinta teknoolojiyadani waxay gacan ka geysaneysaa in la joojiyo sameynta SiNx ee is-dhexgalka epitaxial, kor u qaadista koritaanka laba-geesoodka ah ee lakabka epitaxial GaN, iyo hagaajinta tayada koritaanka lakabka epitaxial. Intaa waxaa dheer, lakabka kaydka AlN ayaa la soo bandhigayaa si loo magdhabo cadaadiska jiidista ee ay keento farqiga isku-dhafka ballaarinta kulaylka si looga fogaado dildilaaca lakabka epitaxial GaN ee ku yaal substrate silicon. Cilmi-baarista Krost waxay muujinaysaa in xiriir wanaagsan uu ka dhexeeyo dhumucda lakabka AlN buffer iyo hoos u dhaca cadaadiska. Marka dhumucda lakabka buffer-ku ay gaarto 12nm, lakab epitaxial ah oo ka dhumuc weyn 6μm ayaa lagu kori karaa substrate silicon ah iyada oo loo marayo qorshe korriin oo ku habboon iyada oo aan lahayn dildilaaca lakabka epitaxial.
Ka dib dadaallo dheer oo ay sameeyeen cilmi-baarayaashu, tayada lakabka epitaxial ee GaN ee lagu beero substrate-ka silicon ayaa si weyn loo hagaajiyay, aaladaha sida transistors-ka saamaynta goobta, dareemayaasha ultraviolet-ka ee Schottky, LED-yada buluugga-cagaaran iyo laysarka ultraviolet-ka ayaa sameeyay horumar la taaban karo.
Marka la soo koobo, maadaama substrates-ka epitaxial-ka ee GaN ee si caadi ah loo isticmaalo ay yihiin epitaxy kala duwan, dhammaantood waxay la kulmaan dhibaatooyin caadi ah sida isku-dheelitir la'aanta shabagga iyo kala duwanaansho weyn oo ku saabsan isku-dhafka ballaarinta kulaylka ilaa heerar kala duwan. Substrates-ka epitaxial-ka ee GaN ee isku-dhafan waxaa xaddidaya bisaylka tignoolajiyada, substrates-kuna weli lama soo saarin tiro badan. Qiimaha wax-soo-saarku waa sarreeyaa, cabbirka substrates-ku waa yar yahay, tayada substrates-kuna ma aha mid ku habboon. Horumarinta substrates-ka epitaxial-ka cusub ee GaN iyo horumarinta tayada epitaxial-ka ayaa weli ah mid ka mid ah arrimaha muhiimka ah ee xaddidaya horumarka dheeraadka ah ee warshadaha epitaxial-ka GaN.
IV. Hababka caadiga ah ee loo adeegsado epitaxy-ga GaN
MOCVD (dhigista uumiga kiimikada)
Waxay u muuqataa in epitaxy isku mid ah oo ku yaal substrate-ka GaN uu yahay doorashada ugu fiican ee epitaxy-gaN. Si kastaba ha ahaatee, maadaama horudhaca kaydinta uumiga kiimikada ay yihiin trimethylgallium iyo ammonia, gaaska side-na uu yahay hydrogen, heerkulka koritaanka MOCVD ee caadiga ah waa qiyaastii 1000-1100℃, heerka koritaanka MOCVD waa qiyaastii dhowr microns saacaddii. Waxay soo saari kartaa isku-xidhnaan qoto dheer oo heerka atomka ah, kaas oo aad ugu habboon koritaanka heterojunctions, ceelasha quantum, superlattices iyo qaab-dhismeedyo kale. Heerkeeda koritaanka degdegga ah, isku-midnimada wanaagsan, iyo ku habboonaanta koritaanka dhul-weyn iyo qaybo badan ayaa badanaa loo isticmaalaa wax soo saarka warshadaha.
MBE (epitaxy-ga shucaaca molecular-ka)
Qaybta unugyada ee unugyada, Ga waxay isticmaashaa ilo asaasi ah, nitrogen-ka firfircoonna waxaa laga helaa nitrogen iyada oo loo marayo balaasmaha RF. Marka la barbardhigo habka MOCVD, heerkulka koritaanka MBE wuxuu ka hooseeyaa 350-400℃. Heerkulka koritaanka hoose wuxuu ka fogaan karaa wasakh gaar ah oo laga yaabo inuu sababo jawi heerkul sare. Nidaamka MBE wuxuu ku shaqeeyaa faakuum aad u sarreeya, kaas oo u oggolaanaya inuu ku daro habab badan oo lagu ogaanayo goobta. Isla mar ahaantaana, heerka kobaca iyo awoodda wax soo saarkiisa lama barbar dhigi karo MOCVD, waxaana si weyn loogu isticmaalaa cilmi-baarista sayniska [7].
Jaantuska 5 (a) Qorshaha Eiko-MBE (b) MBE qaabaynta qolka falcelinta muhiimka ah
Habka HVPE (qaybta uumiga ee epitaxy)
Horudhaca habka epitaxy ee uumiga hydride waa GaCl3 iyo NH3. Detchprohm et al. waxay isticmaaleen habkan si ay u koraan lakab epitaxial GaN boqolaal microns oo dhumuc weyn dusha sare ee substrate safayr ah. Tijaabadooda, lakab ZnO ah ayaa lagu beeray inta u dhaxaysa substrate safayr iyo lakabka epitaxial sida lakab kayd ah, lakabka epitaxial-na waxaa laga soo saaray dusha sare ee substrate-ka. Marka la barbardhigo MOCVD iyo MBE, astaamaha ugu muhiimsan ee habka HVPE waa heerka koritaanka sare, kaas oo ku habboon soo saarista lakabyada qaro weyn iyo walxaha badan. Si kastaba ha ahaatee, marka dhumucda lakabka epitaxial ay ka badato 20μm, lakabka epitaxial-ka ee habkan soo saaro wuxuu u nugul yahay dildilaaca.
Akira USUI waxay soo bandhigtay tignoolajiyada substrate-ka qaabaysan oo ku salaysan habkan. Waxay markii hore ku koreen lakab khafiif ah oo GaN epitaxial ah oo 1-1.5μm ah substrate sapphire ah iyagoo adeegsanaya habka MOCVD. Lakabka epitaxial wuxuu ka koobnaa lakab GaN ah oo 20nm ah oo qaro weyn leh oo lagu beeray xaalado heerkul hooseeya iyo lakab GaN ah oo lagu beeray xaalado heerkul sare. Kadib, 430℃, lakab SiO2 ah ayaa lagu dahaadhay dusha sare ee lakabka epitaxial, xargaha daaqadahana waxaa lagu sameeyay filimka SiO2 iyadoo la adeegsanayo sawir-qaadista. Kala-fogaanshaha xarigga wuxuu ahaa 7μm ballaca maaskaradana wuxuu u dhexeeyay 1μm ilaa 4μm. Ka dib horumarintan, waxay heleen lakab GaN epitaxial ah oo ku yaal substrate sapphire ah oo dhexroorkiisu yahay 2-inji kaas oo aan lahayn dildilaac iyo siman sida muraayadda xitaa marka dhumucdiisuna ay kor u kacdo tobanaan ama xitaa boqolaal microns. Cufnaanta cilladaha ayaa laga dhimay 109-1010cm-2 ee habka HVPE dhaqameed ilaa qiyaastii 6×107cm-2. Waxay sidoo kale tijaabada ku tilmaameen in marka heerka koritaanku uu dhaafo 75μm/saacaddii, dusha sare ee muunaddu ay noqon doonto mid qallafsan[8].
Jaantuska 6 Shaxda Garaafka ee Substrate-ka
V. Soo Koobid iyo Aragti
Agabka GaN wuxuu bilaabay inuu soo baxo 2014 markii LED-ka buluugga ah uu ku guuleystay Abaalmarinta Nobel ee Fiisigiska sanadkaas, wuxuuna galay goobta dadweynaha ee codsiyada dallacaadda degdegga ah ee goobta elektaroonigga macaamiisha. Xaqiiqdii, codsiyada qalabka kor u qaada korontada iyo aaladaha RF ee loo isticmaalo saldhigyada saldhigga 5G ee dadka badankoodu aysan arki karin ayaa sidoo kale si aamusnaan ah u soo ifbaxay. Sannadihii ugu dambeeyay, horumarka aaladaha korontada ee heerka baabuurta ee ku salaysan GaN ayaa la filayaa inay furaan dhibco cusub oo kobaca suuqa codsiyada agabka GaN.
Baahida weyn ee suuqa ayaa hubaal ah inay kor u qaadi doonto horumarinta warshadaha iyo teknoolojiyada la xiriira GaN. Iyadoo la raacayo qaan-gaarnimada iyo horumarinta silsiladda warshadaha ee la xiriirta GaN, dhibaatooyinka ay la kulmaan tiknoolajiyada epitaxial ee GaN ee hadda jirta ayaa ugu dambeyntii la hagaajin doonaa ama laga gudbi doonaa. Mustaqbalka, dadku waxay hubaal ahaan horumarin doonaan teknoolojiyada epitaxial cusub iyo xulashooyinka substrate-ka ee aadka u fiican. Markaa, dadku waxay awoodi doonaan inay doortaan tignoolajiyada cilmi-baarista dibadda ee ugu habboon iyo substrate-ka xaaladaha codsiga kala duwan iyadoo loo eegayo astaamaha xaaladaha codsiga, waxayna soo saari doonaan alaabada ugu tartanka badan ee la habeeyey.
Waqtiga boostada: Juun-28-2024