1. Üçünji nesil ýarymgeçirijiler
Birinji nesil ýarymgeçiriji tehnologiýasy Si we Ge ýaly ýarymgeçiriji materiallara esaslanyp işlenip düzüldi. Ol tranzistorlaryň we integral mikrosxema tehnologiýasynyň ösüşiniň maddy esasydyr. Birinji nesil ýarymgeçiriji materiallary XX asyrda elektron senagatynyň esasyny goýdy we integral mikrosxema tehnologiýasy üçin esasy materiallardyr.
Ikinji nesil ýarymgeçiriji materiallara, esasan, galliý arsenid, indiý fosfid, galliý fosfid, indiý arsenid, alýumin arsenid we olaryň üçlü birleşmeleri girýär. Ikinji nesil ýarymgeçiriji materiallar optoelektronik maglumat senagatynyň esasyny düzýär. Şu esasda yşyklandyryş, displeý, lazer we fotowoltaika ýaly degişli pudaklar ösdürildi. Olar häzirki zaman maglumat tehnologiýalarynda we optoelektronik displeý senagatynda giňden ulanylýar.
Üçünji nesil ýarymgeçiriji materiallaryň wekilçilikli materiallaryna galliý nitridi we kremniý karbidi girýär. Giň zolak aralygy, ýokary elektron doýgunlyk tizligi, ýokary ýylylyk geçirijiligi we ýokary dargama meýdanynyň güýji sebäpli, olar ýokary kuwwatly dykyzlykly, ýokary ýygylykly we pes ýitgili elektron enjamlary taýýarlamak üçin ideal materiallardyr. Olaryň arasynda kremniý karbidiniň güýç enjamlary ýokary energiýa dykyzlygy, pes energiýa sarp edilişi we kiçi ölçegli artykmaçlyklara eýedir we täze energiýa ulaglarynda, fotowoltaikada, demir ýol ulaglarynda, uly maglumatlarda we beýleki ugurlarda giň ulanylyş mümkinçiliklerine eýedir. Galliý nitridi RF enjamlary ýokary ýygylykly, ýokary kuwwatly, giň geçirijilikli, pes energiýa sarp edilişi we kiçi ölçegli artykmaçlyklara eýedir we 5G aragatnaşyklarynda, zatlaryň internetinde, harby radarlarda we beýleki ugurlarda giň ulanylyş mümkinçiliklerine eýedir. Mundan başga-da, galliý nitridi esasyndaky güýç enjamlary pes woltly ulgamda giňden ulanylýar. Mundan başga-da, soňky ýyllarda täze galliý oksid materiallarynyň bar bolan SiC we GaN tehnologiýalary bilen tehniki taýdan özara üstünlik döretmegine we pes ýygylykly we ýokary woltly ulgamlarda mümkin ulanylyş mümkinçiliklerine eýe bolmagyna garaşylýar.
Ikinji nesil ýarymgeçiriji materiallar bilen deňeşdirilende, üçünji nesil ýarymgeçiriji materiallaryň zolagy giň (birinji nesil ýarymgeçiriji materialyň adaty materialy bolan Si-niň zolagy giňligi takmynan 1,1 eV, ikinji nesil ýarymgeçiriji materialyň adaty materialy bolan GaAs-yň zolagy giňligi takmynan 1,42 eV we üçünji nesil ýarymgeçiriji materialyň adaty materialy bolan GaN-iň zolagy giňligi 2,3 eV-den ýokary), has güýçli radiasiýa garşylygy, elektrik meýdanynyň döwülmegine has güýçli garşylyk we has ýokary temperatura garşylygy bar. Zolak giňligi bolan üçünji nesil ýarymgeçiriji materiallar, esasanam, radiasiýa garşylykly, ýokary ýygylykly, ýokary kuwwatly we ýokary integrasiýa dykyzlygy bolan elektron enjamlary öndürmek üçin amatlydyr. Olaryň mikrotolkunly radio ýygylykly enjamlarda, LED-lerde, lazerlerde, güýç enjamlarynda we beýleki ugurlarda ulanylyşy köp üns çekdi we olar mobil aragatnaşykda, akylly torlarda, demir ýol ulaglarynda, täze energiýa ulaglarynda, sarp ediji elektronikasynda, şeýle hem ultramelewşe we gök-ýaşyl yşyk enjamlarynda giň ösüş mümkinçiliklerini görkezdi [1].
Surat çeşmesi: CASA, Zheshang gymmatly kagyzlar ylmy-barlag instituty
1-nji surat GaN elektrik enjamynyň wagt ölçegi we çaklamasy
II GaN materialynyň gurluşy we häsiýetnamalary
GaN göni zolakly ýarymgeçirijidir. Otag temperaturasynda wurtzit gurluşynyň zolak giňligi takmynan 3.26eV. GaN materiallary üç esasy kristal gurluşyna eýedir, ýagny wurtzit gurluşy, sfalerit gurluşy we daş duz gurluşy. Olaryň arasynda wurtzit gurluşy iň durnukly kristal gurluşydyr. 2-nji suratda GaN-yň altyburçluk wurtzit gurluşynyň diagrammasy görkezilen. GaN materialynyň wurtzit gurluşy altyburçlukly ýapyk gurluşa degişlidir. Her bir birlik öýjükde 6 N atomy we 6 Ga atomy bolan 12 atom bar. Her bir Ga (N) atomy iň ýakyn 4 N (Ga) atomy bilen baglanyşyk emele getirýär we ABABAB tertibinde ... [0001] ugry boýunça ýerleşdirilen [2].
2-nji surat Wurtzit gurluşynyň GaN kristal öýjük diagrammasy
III GaN epitaksiýasy üçin giňden ulanylýan substratlar
GaN substratlarynda birmeňzeş epitaksiýa GaN epitaksiýasy üçin iň gowy saýlaw bolup görünýär. Şeýle-de bolsa, GaN-iň uly baglanyşyk energiýasy sebäpli, temperatura 2500℃ ereme nokadyna ýetende, onuň degişli parçalanma basyşy takmynan 4.5GPa bolýar. Parçalanma basyşy bu basyşdan pes bolanda, GaN eremeýär, göni parçalanýar. Bu bolsa, Çozhralski usuly ýaly ösen substrat taýýarlamak tehnologiýalaryny GaN monokristal substratlaryny taýýarlamak üçin ýaramsyz edýär, bu bolsa GaN substratlaryny köpçülikleýin öndürmegi kynlaşdyrýar we gymmat edýär. Şonuň üçin, GaN epitaksial ösüşi üçin giňden ulanylýan substratlar esasan Si, SiC, sapfir we ş.m. [3].
3-nji diagramma GaN we köp ulanylýan substrat materiallarynyň parametrleri
Safiriň üstünde GaN epitaksiýasy
Safir durnukly himiki häsiýetlere eýedir, arzan we uly möçberli önümçilik senagatynyň ýokary derejede kämilligine eýedir. Şonuň üçin ol ýarymgeçiriji enjam inženerçiliginde iň irki we iň giňden ulanylýan substrat materiallarynyň birine öwrüldi. GaN epitaksiýasy üçin giňden ulanylýan substratlaryň biri hökmünde, sapfir substratlary üçin çözülmeli esasy meseleler:
✔ Safir (Al2O3) we GaN arasyndaky uly tor deňsizligi (takmynan 15%) sebäpli, epitaksial gatlak bilen substrat arasyndaky serhetde kemçilikleriň dykyzlygy örän ýokarydyr. Onuň ýaramaz täsirlerini azaltmak üçin, epitaksial proses başlamazdan öň substrat çylşyrymly öňünden işlenmeli. Safir substratlarynda GaN epitaksiasyny ösdürmezden öň, ilki bilen substratyň ýüzüni hapa maddalary, galyndy jylaňlama zeperlerini we ş.m. aýyrmak we basgançaklary we basgançak ýüzüniň gurluşlaryny öndürmek üçin berk arassalamak gerek. Soňra, epitaksial gatlagyň çyglylyk häsiýetlerini üýtgetmek üçin substratyň ýüzüni nitridleýär. Ahyrsoňy, soňky epitaksial ösüşe taýýarlyk görmek üçin substratyň ýüzüne inçe AlN bufer gatlagy (adatça 10-100 nm galyňlykda) goýulmaly we pes temperaturada ýumşadylmaly. Şeýle-de bolsa, sapfir substratlarynda ösdürilip ýetişdirilen GaN epitaksial plýonkalaryndaky dislokasiýa dykyzlygy gomoepitaksial plýonkalardan has ýokarydyr (kremniý gomoepitaksial plýonkalarynda ýa-da galliý arsenid gomoepitaksial plýonkalarynda, ýa-da 102 bilen 104 sm-2 aralygynda, esasan nol dislokasiýa dykyzlygy bilen deňeşdirilende, takmynan 1010 sm-2). Ýokary kemçilik dykyzlygy daşaýjylaryň hereketliligini azaldýar, şeýdip azlyk daşaýjylaryň ömrüni gysgaldýar we ýylylyk geçirijiligini azaldýar, bularyň hemmesi enjamyň işini peselder [4];
✔ Sapfiriň termal giňelme koeffisiýenti GaN-den uly, şonuň üçin çökündi temperaturasyndan otagyň temperaturasyna çenli sowamak prosesinde epitaksial gatlakda iki okly basyş stresi döreýär. Galyň epitaksial plýonkalar üçin bu stres plýonkanyň ýa-da hatda substratyň çatlamagyna sebäp bolup biler;
✔ Beýleki substratlar bilen deňeşdirilende, sapfir substratlarynyň ýylylyk geçirijiligi pes (100℃-de takmynan 0.25W*sm-1*K-1) we ýylylyk ýaýratma görkezijisi pes;
✔ Pas geçirijiligi sebäpli, sapfir substratlary beýleki ýarymgeçiriji enjamlar bilen integrasiýa we ulanmak üçin amatly däl.
Safir substratlarynda ösdürilip ýetişdirilen GaN epitaksial gatlaklarynyň kemçilik dykyzlygy ýokary bolsa-da, GaN esasly gök-ýaşyl LED-leriň optoelektroniki işini düýpli peseltmeýän ýaly, şonuň üçin sapfir substratlary henizem GaN esasly LED-ler üçin giňden ulanylýan substratlardyr.
Lazerler ýa-da beýleki ýokary dykyzlykly güýç enjamlary ýaly GaN enjamlarynyň has köp täze ulanylyşynyň ösmegi bilen, sapfir substratlarynyň içki kemçilikleri olaryň ulanylyşynda barha köp çäklendirme döredýär. Mundan başga-da, SiC substrat ösüş tehnologiýasynyň ösmegi, çykdajylaryň azalmagy we Si substratlarynda GaN epitaksial tehnologiýasynyň kämilleşmegi bilen, sapfir substratlarynda GaN epitaksial gatlaklaryny ösdürmek boýunça has köp gözlegler kem-kemden sowamak meýlini görkezdi.
SiC-däki GaN epitaksiýasy
Safir bilen deňeşdirilende, SiC substratlarynyň (4H- we 6H-kristallary) GaN epitaksial gatlaklary bilen has kiçi tor gabat gelmezligi (3,1%, [0001] ugurly epitaksial plýonkalara deň), ýokary ýylylyk geçirijiligi (takmynan 3,8W*sm-1*K-1) we ş.m. Mundan başga-da, SiC substratlarynyň geçirijiligi substratyň arka tarapynda elektrik kontaktlarynyň döredilmegine mümkinçilik berýär, bu bolsa enjamyň gurluşyny ýönekeýleşdirmäge kömek edýär. Bu artykmaçlyklaryň bolmagy kremniý karbid substratlarynda GaN epitaksiýasy boýunça işlemek üçin has köp ylmy işgäri özüne çekdi.
Şeýle-de bolsa, GaN epitel gatlaklaryny ösdürip ýetişdirmegiň öňüni almak üçin SiC substratlarynda gönüden-göni işlemek aşakdakylar ýaly birnäçe kemçiliklere duçar bolýar:
✔ SiC substratlarynyň ýüzüniň gödekligi sapfir substratlaryna garanyňda has ýokarydyr (sapfir gödekligi 0.1nm RMS, SiC gödekligi 1nm RMS), SiC substratlary ýokary gatylyga we işleme öndürijiligine pes, şeýle hem bu gödeklik we galyndy jylaňlama zyýany GaN epilatörlerinde kemçilikleriň çeşmeleriniň biridir.
✔ SiC substratlarynyň wintiň dislokasiýa dykyzlygy ýokary (dislokasiýa dykyzlygy 103-104 sm-2), wintiň dislokasiýalary GaN epitel gatlagyna ýaýrap, enjamyň işini peseldip biler;
✔ Substrat ýüzündäki atom gurluşy GaN epitel gatlagynda üst-üst çatlaklarynyň (BSF) emele gelmegine sebäp bolýar. SiC substratlarynda epitaksial GaN üçin substratda birnäçe mümkin atom düzüliş tertibi bar, bu bolsa onuň üstündäki epitaksial GaN gatlagynyň başlangyç atom üst-üst düzüliş tertibiniň deňsizligine getirýär, bu bolsa üst-üst çatlaklaryna meýilli. Üst-üst çatlaklary (SF) c okunyň ugrunda içerki elektrik meýdanlaryny döredýär, bu bolsa tekizlikdäki daşaýjy bölüji enjamlaryň syzmagy ýaly meselelere getirýär;
✔ SiC substratynyň termal giňelme koeffisiýenti AlN we GaN-den kiçi, bu bolsa sowadyş prosesinde epitaksial gatlak bilen substratyň arasynda termal stres toplanmagyna sebäp bolýar. Waltereit we Brand öz ylmy netijelerine esaslanyp, bu meseläniň inçe, sazlaşykly dartgynly AlN ýadro gatlaklarynda GaN epitaksial gatlaklaryny ösdürmek arkaly ýeňilleşdirilip ýa-da çözülip bilinjekdigini çakladylar;
✔ Ga atomlarynyň gowşak çyglylyk meselesi. GaN epitaksial gatlaklaryny SiC ýüzünde gönüden-göni ösdürende, iki atomyň arasyndaky gowşak çyglylyk sebäpli, GaN substrat ýüzünde 3D ada ösüşini döredýär. Bufer gatlagyny girizmek GaN epitaksiýasynda epitaksial materiallaryň hilini gowulandyrmak üçin iň köp ulanylýan çözgütdir. AlN ýa-da AlxGa1-xN bufer gatlagyny girizmek SiC ýüzüniň çyglylyk derejesini netijeli ýokarlandyryp we GaN epitaksial gatlagynyň iki ölçegde ösmegine mümkinçilik döredip biler. Mundan başga-da, ol stresi kadalaşdyryp we substrat kemçilikleriniň GaN epitaksiýa çenli ýaýramagynyň öňüni alyp biler;
✔ SiC substratlaryny taýýarlamak tehnologiýasy kämil däl, substratyň bahasy ýokary, üpjün edijiler az, üpjünçilik bolsa az.
Torres we beýlekileriň ylmy işleri, epitaksiýadan öň SiC substratyny ýokary temperaturada (1600°C) H2 bilen aşyndyrmagyň, substrat ýüzünde has tertipli basgançak gurluşyny döredip biljekdigini we şeýdip, asyl substrat ýüzünde gönüden-göni ösdürilip ýetişdirilenden has ýokary hilli AlN epitaksial plýonkasyny alyp biljekdigini görkezýär. Sie we onuň toparynyň ylmy işleri, kremniý karbid substratyny aşyndyrmagyň öňünden işlemeginiň GaN epitaksial gatlagynyň ýüz morfologiýasyny we kristal hilini ep-esli gowulandyryp biljekdigini hem görkezýär. Smit we beýlekiler substrat/bufer gatlagyndan we bufer gatlagyndan/epitaksial gatlagyň serhetlerinden gelip çykýan dişli dislokasiýalaryň substratyň tekizligi bilen baglanyşyklydygyny anykladylar [5].
4-nji surat Dürli ýüzleý işleme şertlerinde (a) himiki arassalamak; (b) himiki arassalamak + wodorod plazmasy bilen işleme; (c) himiki arassalamak + wodorod plazmasy bilen işleme + 1300℃ wodorod ýylylygy bilen işleme 30 minutlap 6H-SiC substratynda (0001) ösdürilip ýetişdirilen GaN epitaksial gatlak nusgalarynyň TEM morfologiýasy
Si-däki GaN epitaksiýasy
Kremniý karbidi, sapfir we beýleki substratlar bilen deňeşdirilende, kremniý substratyny taýýarlamak prosesi kämil we ýokary bahaly öndürijilikli uly ölçegli substratlary durnukly üpjün edip bilýär. Şol bir wagtyň özünde, ýylylyk geçirijiligi we elektrik geçirijiligi gowy we Si elektron enjam prosesi kämil. Optoelektronik GaN enjamlaryny geljekde Si elektron enjamlary bilen kämil integrasiýa etmek mümkinçiligi hem kremniýde GaN epitaksiýasynyň ösüşini örän özüne çekiji edýär.
Şeýle-de bolsa, Si substraty bilen GaN materialynyň arasyndaky tor sabitleriniň uly tapawudy sebäpli, Si substratyndaky GaN-iň heterojen epitaksiýasy adaty uly gabat gelmeýän epitaksiýa bolup durýar we şeýle hem birnäçe meseleler bilen ýüzbe-ýüz bolmaly:
✔ Ýüzleýiş energiýasy meselesi. GaN Si substratynda ösýän wagty, Si substratynyň ýüzi ilki bilen nitridlenýär we ýokary dykyzlykly GaN-yň ýadrolanmagyna we ösmegine ýardam bermeýän amorf kremniý nitrid gatlagyny emele getirýär. Mundan başga-da, Si ýüzi ilki bilen Ga bilen aragatnaşyk saklar, bu bolsa Si substratynyň ýüzüni poslaýar. Ýokary temperaturada Si ýüzüniň dargamagy gara kremniý tegmillerini emele getirmek üçin GaN epitaksial gatlagyna ýaýraýar.
✔ GaN we Si arasyndaky torlu yzygiderliligiň deňsizligi uly (~17%), bu bolsa ýokary dykyzlykly sapakly dislokasiýalaryň emele gelmegine we epitaksial gatlagyň hilini ep-esli peseltmegine getirer;
✔ Si bilen deňeşdirilende, GaN-iň termal giňelme koeffisiýenti has uly (GaN-yň termal giňelme koeffisiýenti takmynan 5.6×10-6K-1, Si-niň termal giňelme koeffisiýenti takmynan 2.6×10-6K-1) we epitaksial temperatura otagyň temperaturasyna çenli sowadylanda GaN epitaksial gatlagynda ýaryklar emele gelip biler;
✔ Si ýokary temperaturada NH3 bilen reaksiýa girip, polikristal SiNx emele getirýär. AlN polikristal SiNx-de ileri tutulýan ýadro emele getirip bilmeýär, bu bolsa soňra ösen GaN gatlagynyň ugrukmasyzlygyna we köp sanly kemçiliklere getirýär, bu bolsa GaN epitaksial gatlagynyň kristal hiliniň pes bolmagyna we hatda birkristal GaN epitaksial gatlagynyň emele gelmeginde kynçylyga getirýär [6].
Uly torly gabat gelmezlik meselesini çözmek üçin, barlagçylar Si substratlarynda bufer gatlaklary hökmünde AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO we SiC ýaly materiallary girizmäge synanyşdylar. Polikristal SiNx-iň emele gelmeginiň öňüni almak we onuň GaN/AlN/Si (111) materiallarynyň kristal hiline ýaramaz täsirini azaltmak üçin, adatça, NH3-iň açyk Si ýüzi bilen reaksiýa girip, SiNx emele getirmeginiň öňüni almak üçin AlN bufer gatlagynyň epitaksial ösmeginden belli bir wagt öň TAl girizilmegi talap edilýär. Mundan başga-da, epitaksial gatlagyň hilini gowulandyrmak üçin nagyşly substrat tehnologiýasy ýaly epitaksial tehnologiýalar ulanylyp bilner. Bu tehnologiýalaryň işlenip düzülmegi epitaksial serhetde SiNx-iň emele gelmeginiň öňüni almaga, GaN epitaksial gatlagynyň iki ölçegli ösüşini höweslendirmäge we epitaksial gatlagyň ösüş hilini ýokarlandyrmaga kömek edýär. Mundan başga-da, kremniý substratyndaky GaN epitaksial gatlagynda ýaryklaryň döremeginiň öňüni almak üçin termal giňelme koeffisiýentleriniň tapawudyndan ýüze çykýan dartgynlyk stresiniň öwezini dolmak üçin AlN bufer gatlagy girizilýär. Krostyň ylmy barlaglary AlN bufer gatlagynyň galyňlygy bilen dartgynlylygyň azalmagynyň arasynda oňyn arabaglanyşygyň bardygyny görkezýär. Bufer gatlagynyň galyňlygy 12 nm-e ýetende, 6 μm-den galyň epitaksial gatlak epitaksial gatlak çatlamazdan degişli ösüş shemasy arkaly kremniý substratynda ösdürilip bilner.
Barlagçylaryň uzak möhletli tagallalaryndan soň, kremniý substratlarynda ösdürilip ýetişdirilen GaN epitaksial gatlaklarynyň hili ep-esli gowulandy we meýdan effekti tranzistorlary, Şottki päsgelçiliginiň ultramelewşe detektorlary, gök-ýaşyl LED-ler we ultramelewşe lazerler ýaly enjamlar ep-esli öňegidişlik gazandy.
Gysgaça aýdylanda, köp ulanylýan GaN epitaksial substratlarynyň hemmesi dürli epitaksial bolany üçin, olaryň hemmesi tor deňsizligi we dürli derejelerde termal giňelme koeffisiýentlerinde uly tapawutlar ýaly umumy meseleler bilen ýüzbe-ýüz bolýarlar. Birmeňzeş epitaksial GaN substratlary tehnologiýanyň kämilligi bilen çäklenýär we substratlar heniz köpçülikleýin öndürilmedi. Önümçilik çykdajylary ýokary, substratyň ölçegi kiçi we substratyň hili ideal däl. Täze GaN epitaksial substratlarynyň işlenip düzülmegi we epitaksial hiliniň gowulanmagy GaN epitaksial senagatynyň mundan beýläk-de ösmegini çäklendirýän möhüm faktorlaryň biri bolup durýar.
IV. GaN epitaksiýasy üçin umumy usullar
MOCVD (himiki bug çökündisi)
GaN substratlarynda birmeňzeş epitaksiýa GaN epitaksiýasy üçin iň gowy saýlaw bolup görünýär. Şeýle-de bolsa, himiki bug çökündisiniň öňbaşçylary trimetilgalliý we ammiak, daşaýjy gaz bolsa wodorod bolany üçin, adaty MOCVD ösüş temperaturasy takmynan 1000-1100℃ we MOCVD-niň ösüş tizligi sagatda birnäçe mikron töweregidir. Ol atom derejesinde dik serhetleri döredip bilýär, bu bolsa geterogeçişleri, kwantum guýularyny, supertorlary we beýleki gurluşlary ösdürmek üçin örän amatlydyr. Onuň çalt ösüş tizligi, gowy birmeňzeşligi we uly meýdanly we köp bölekli ösüş üçin amatlylygy köplenç senagat önümçiliginde ulanylýar.
MBE (molekulýar şöhle epitaksiýasy)
Molekulýar şöhle epitaksiýasynda Ga elementar çeşme ulanýar we işjeň azot azotdan RF plazmasy arkaly alynýar. MOCVD usuly bilen deňeşdirilende, MBE ösüş temperaturasy takmynan 350-400℃ pes. Ösüş temperaturasynyň pes bolmagy ýokary temperaturaly gurşawlar sebäpli ýüze çykyp biljek käbir hapalanmalaryň öňüni alyp biler. MBE ulgamy örän ýokary wakuum astynda işleýär, bu bolsa oňa has köp in-situ deteksiýa usullaryny ulanmaga mümkinçilik berýär. Şol bir wagtyň özünde, onuň ösüş tizligini we önümçilik kuwwatyny MOCVD bilen deňeşdirip bolmaýar we ol ylmy barlaglarda has köp ulanylýar [7].
Surat 5 (a) Eiko-MBE shematiki (b) MBE esasy reaksiýa kamerasynyň shemasy
HVPE usuly (gidrid bug fazasynyň epitaksiýasy)
Gidrid bug fazasynyň epitaksiýa usulynyň öňbaşçylary GaCl3 we NH3-dir. Detchprohm we beýlekiler bu usuly sapfir substratynyň ýüzünde ýüzlerçe mikron galyňlykda GaN epitaksiýa gatlagyny ösdürmek üçin ulandylar. Olaryň tejribesinde sapfir substraty bilen epitaksiýa gatlagynyň arasynda bufer gatlagy hökmünde ZnO gatlagy ösdürildi we epitaksiýa gatlagy substrat ýüzünden aýryldy. MOCVD we MBE bilen deňeşdirilende, HVPE usulynyň esasy aýratynlygy onuň ýokary ösüş tizligidir, bu bolsa galyň gatlaklary we köpçülikleýin materiallary öndürmek üçin amatlydyr. Şeýle-de bolsa, epitaksiýa gatlagynyň galyňlygy 20μm-den geçende, bu usul bilen öndürilen epitaksiýa gatlagy çatlamaga meýilli bolýar.
Akira USUI bu usula esaslanýan nagyşly substrat tehnologiýasyny ornaşdyrdy. Olar ilki sapfir substratynda MOCVD usulyny ulanyp, 1-1,5μm galyňlykdaky inçe GaN epitaksial gatlagyny ösdürip ýetişdirdiler. Epitaksial gatlak pes temperatura şertlerinde ösdürilip ýetişdirilen 20nm galyňlykdaky GaN bufer gatlagyndan we ýokary temperatura şertlerinde ösdürilip ýetişdirilen GaN gatlagyndan ybaratdy. Soňra, 430℃-de, epitaksial gatlagyň ýüzüne SiO2 gatlagy çekildi we fotolitografiýa arkaly SiO2 plýonkasynda penjire zolaklary ýasaldy. Zolaklaryň aralygy 7μm, maskanyň ini bolsa 1μm-den 4μm-e çenli boldy. Bu kämilleşdirmeden soň, olar 2 dýuým diametrli sapfir substratynda çatlamaýan we galyňlygy onlarça ýa-da hatda ýüzlerçe mikrona çenli artanda-da aýna ýaly ýumşak bolan GaN epitaksial gatlagyny aldylar. Defektleriň dykyzlygy däp bolan HVPE usulynyň 109-1010sm-2-den takmynan 6×107sm-2-e çenli azaldyldy. Şeýle hem, olar tejribede ösüş tizligi sagatda 75μm-den geçende, nusganyň ýüzüniň gödekleşýändigini bellediler[8].
6-njy surat Grafik substrat shemasy
V. Gysgaça mazmun we garaýyş
GaN materiallary 2014-nji ýylda gök çyraly LED şol ýyl fizika boýunça Nobel baýragyna mynasyp bolanda peýda bolup başlady we sarp ediji elektronikasy ulgamynda çalt zarýad bermek üçin köpçülige ulanylyş meýdanyna girdi. Aslynda, köp adamyň görüp bilmeýän 5G baza stansiýalarynda ulanylýan güýç güýçlendirijileri we RF enjamlary hem sessiz-üýnsüz peýda boldy. Soňky ýyllarda GaN esasynda awtoulag derejeli güýç enjamlarynyň öňegidişliginiň GaN materiallary ulanylyş bazary üçin täze ösüş nokatlaryny açmagyna garaşylýar.
Bazaryň uly islegi, elbetde, GaN bilen baglanyşykly pudaklaryň we tehnologiýalaryň ösüşine itergi berer. GaN bilen baglanyşykly senagat zynjyrynyň kämilleşmegi we kämilleşdirilmegi bilen, häzirki GaN epitaksial tehnologiýasynyň ýüzbe-ýüz bolýan meseleleri ahyrsoňy kämilleşdiriler ýa-da çözüler. Geljekde adamlar, elbetde, has köp täze epitaksial tehnologiýalary we has ajaýyp substrat wariantlaryny işläp düzerler. Şol wagta çenli adamlar ulanylyş senariýalarynyň aýratynlyklaryna laýyklykda dürli ulanylyş senariýalary üçin iň amatly daşarky ylmy-barlag tehnologiýasyny we substraty saýlap bilerler we iň bäsdeşlige ukyply özleşdirilen önümleri öndürip bilerler.
Ýerleşdirilen wagty: 2024-nji ýylyň 28-nji iýuny