Oksidlenen dik däne we epitaksial ösüş tehnologiýasy - II

2. Epitaksial inçe plýonkanyň ösüşi

Substrat Ga2O3 güýç enjamlary üçin fiziki goldaw gatlagyny ýa-da geçiriji gatlagy üpjün edýär. Indiki möhüm gatlak naprýaženiýe garşylygy we daşaýjy daşamak üçin ulanylýan kanal gatlagy ýa-da epitaksial gatlakdyr. Dargama naprýaženiýesini ýokarlandyrmak we geçirijilik garşylygyny azaltmak üçin, gözegçilik edilýän galyňlyk we lehim konsentrasiýasy, şeýle hem optimal material hili käbir zerur şertlerdir. Ýokary hilli Ga2O3 epitaksial gatlaklary adatça molekulýar şöhle epitaksiýasy (MBE), metal organiki himiki bug çökündisi (MOCVD), galogenid bug çökündisi (HVPE), impulsly lazer çökündisi (PLD) we duman CVD esasynda çökündisi usullary arkaly çökündisi edilýär.

2-nji tablisa Epitaksial tehnologiýalaryň käbiri

2.1 MBE usuly

MBE tehnologiýasy, ultra ýokary wakuum gurşawy we ýokary material arassalygy sebäpli, gözegçilik edilýän n-tipli lehim bilen ýokary hilli, kemçiliksiz β-Ga2O3 plýonkalaryny ösdürip ýetişdirmek ukyby bilen meşhurdyr. Netijede, ol iň giňden öwrenilen we mümkin bolan täjirçilik taýdan satylýan β-Ga2O3 inçe plýonka çökündi tehnologiýalarynyň birine öwrüldi. Mundan başga-da, MBE usuly ýokary hilli, az lehimli geterostrukturaly β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 inçe plýonka gatlagyny hem üstünlikli taýýarlady. MBE şöhlelenme ýokary energiýaly elektron difraksiýasyny (RHEED) ulanmak arkaly atom gatlagynyň takyklygy bilen ýerüsti gurluşyny we morfologiýasyny real wagt režiminde gözegçilik edip bilýär. Şeýle-de bolsa, MBE tehnologiýasy ulanylyp ösdürilen β-Ga2O3 plýonkalary pes ösüş tizligi we kiçi plýonka ölçegi ýaly köp kynçylyklara duçar bolýar. Barlag ösüş tizliginiň (010)>(001)>(−201)>(100) tertibinde bolandygyny anyklady. 650-750°C aralygyndaky birneme Ga baý şertlerde β-Ga2O3 (010) tekiz ýüz we ýokary ösüş tizligi bilen optimal ösüş görkezýär. Bu usuly ulanmak bilen β-Ga2O3 epitaksiýasy 0,1 nm RMS gödekligi bilen üstünlikli gazanyldy. β-Ga2O3 Ga baý gurşawda dürli temperaturalarda ösdürilip ýetişdirilen MBE plýonkalary suratda görkezilen. “Novel Crystal Technology Inc.” kompaniýasy epitaksiýa arkaly 10 × 15mm2 β-Ga2O3MBE waferlerini üstünlikli öndürdi. Olar galyňlygy 500 μm we 150 ýaý sekuntyndan aşakda XRD FWHM bolan ýokary hilli (010) ugurly β-Ga2O3 monokristal substratlaryny üpjün edýär. Substrat Sn bilen lehimlenen ýa-da Fe bilen lehimlenen. Sn bilen lehimlenen geçiriji substratyň lehimlenme konsentrasiýasy 1E18-den 9E18cm−3-e çenli, demir bilen lehimlenen ýarym izolýasiýa substratyň bolsa garşylygy 10E10 Ω sm-den ýokary.

2.2 MOCVD usuly

MOCVD inçe plyonkalary ösdürmek üçin metal organiki birleşmelerini başlangyç materiallar hökmünde ulanýar we şeýlelik bilen uly möçberli täjirçilik önümçiligini gazanýar. MOCVD usuly bilen Ga2O3 ösdürip ýetişdirilende, adatça Ga çeşmesi hökmünde trimetilgalliý (TMGa), trietilgalliý (TEGa) we Ga (dipentil glikol format) ulanylýar, kislorod çeşmesi hökmünde bolsa H2O, O2 ýa-da N2O ulanylýar. Bu usuly ulanmak bilen ösdürmek, adatça, ýokary temperatura (>800°C) talap edýär. Bu tehnologiýa pes göteriji konsentrasiýasyna we ýokary we pes temperatura elektron hereketliligine ýetmek mümkinçiligine eýedir, şonuň üçin ýokary öndürijilikli β-Ga2O3 güýç enjamlaryny durmuşa geçirmek üçin uly ähmiýete eýedir. MBE ösüş usuly bilen deňeşdirilende, MOCVD ýokary temperatura ösüşiniň we himiki reaksiýalaryň aýratynlyklary sebäpli β-Ga2O3 plyonkalarynyň örän ýokary ösüş tizligine ýetmekde artykmaçlyga eýedir.

7-nji surat β-Ga2O3 (010) AFM şekili

8-nji surat β-Ga2O3 μ we list garşylygynyň arasyndaky gatnaşyk Hall we temperatura bilen ölçenýär

2.3 HVPE usuly

HVPE ýetişen epitaksial tehnologiýa bolup, III-V birleşme ýarymgeçirijileriniň epitaksial ösdürilmeginde giňden ulanylýar. HVPE pes önümçilik çykdajylary, çalt ösüş depgini we ýokary plýonka galyňlygy bilen tanalýar. HVPEβ-Ga2O3-iň adatça gödek ýüz morfologiýasyny we ýüz kemçilikleriniň we çukurlarynyň ýokary dykyzlygyny görkezýändigini bellemeli. Şonuň üçin enjamy öndürmezden öň himiki we mehaniki jylamak prosesleri talap edilýär. β-Ga2O3 epitaksiýasy üçin HVPE tehnologiýasy adatça (001) β-Ga2O3 matrisasynyň ýokary temperatura reaksiýasyny höweslendirmek üçin gaz görnüşli GaCl we O2-ni öňünden maddalar hökmünde ulanýar. 9-njy suratda epitaksial plýonkanyň ýüz ýagdaýy we ösüş tizligi temperatura funksiýasy hökmünde görkezilýär. Soňky ýyllarda Ýaponiýanyň Novel Crystal Technology Inc. kompaniýasy epitaksial gatlagyň galyňlygy 5-den 10 μm-e çenli we plastinka ölçegleri 2 we 4 dýuým bolan HVPE gomeepitaksial β-Ga2O3-de uly täjirçilik üstünliklerine ýetdi. Mundan başga-da, “China Electronics Technology Group Corporation” tarapyndan öndürilen 20 μm galyňlykdaky HVPE β-Ga2O3 gomeopitaksial waferleri hem täjirçilik tapgyryna girdi.

9-njy surat HVPE usuly β-Ga2O3

2.4 PLD usuly

PLD tehnologiýasy, esasan, çylşyrymly oksid plýonkalaryny we geterostrukturalaryny goýmak üçin ulanylýar. PLD ösüş prosesinde foton energiýasy elektron emissiýa prosesi arkaly nyşana material bilen birikdirilýär. MBE-den tapawutlylykda, PLD çeşme bölejikleri örän ýokary energiýaly (>100 eV) lazer şöhlelenmesi bilen emele gelýär we soňra gyzdyrylan substratda ýerleşdirilýär. Şeýle-de bolsa, ablýasiýa prosesinde käbir ýokary energiýaly bölejikler materialyň ýüzüne gönüden-göni täsir edip, nokat kemçiliklerini döredýär we şeýlelik bilen plýonkanyň hilini peseldýär. MBE usulyna meňzeş, RHEED PLD β-Ga2O3 çökündi prosesinde materialyň ýüzüniň gurluşyny we morfologiýasyny real wagt režiminde gözegçilik etmek üçin ulanylyp bilner, bu bolsa ylmy işgärlere ösüş maglumatlaryny takyk almaga mümkinçilik berýär. PLD usulynyň ýokary geçirijilikli β-Ga2O3 plýonkalaryny ösdürip ýetişdirmegine garaşylýar, bu bolsa ony Ga2O3 elektrik enjamlarynda optimizirlenen omik kontakt çözgüdine öwürýär.

10-njy surat Si bilen lehimlenen Ga2O3-iň AFM şekili

2.5 MIST-CVD usuly

MIST-CVD deňeşdirme boýunça ýönekeý we tygşytly inçe plýonka ösdürip ýetişdirmek tehnologiýasydyr. Bu CVD usuly atomlaşdyrylan prekursory substrata püskürtmek arkaly inçe plýonka çökündisini gazanmak reaksiýasyny öz içine alýar. Şeýle-de bolsa, şu wagta çenli duman CVD ulanylyp ösdürilen Ga2O3-iň elektrik häsiýetleri gowy däl, bu bolsa geljekde kämilleşdirme we optimizasiýa üçin köp mümkinçilik galdyrýar.