Оксидлаштырылган торган бөртек һәм эпитаксиаль үстерү технологиясе - II

2. Эпитаксиаль юка пленка үсеше

Субстрат Ga2O3 көч җайланмалары өчен физик терәк катламы яки үткәргеч катлам бирә. Киләсе мөһим катлам - көчәнешкә каршы тору һәм ташучыларны ташу өчен кулланыла торган канал катламы яки эпитаксиаль катлам. Ватылу көчәнешен арттыру һәм үткәрүчәнлеккә каршы торуны минимальләштерү өчен, контрольдә тотыла торган калынлык һәм легирлау концентрациясе, шулай ук ​​оптималь материал сыйфаты - кайбер алшартлар. Югары сыйфатлы Ga2O3 эпитаксиаль катламнары гадәттә молекуляр нур эпитакси (MBE), металл органик химик пар белән каплау (MOCVD), галогенид пар белән каплау (HVPE), импульслы лазер белән каплау (PLD) һәм томан CVD нигезендәге каплау ысуллары ярдәмендә каплана.

2 нче таблица. Эпитаксиаль технологияләрнең кайбер типик төрләре.

2.1 MBE ысулы

MBE технологиясе, үзенең ультра югары вакуум мохите һәм югары материал сафлыгы аркасында, контрольдә тотыла торган n-тип легирлау белән югары сыйфатлы, кимчелексез β-Ga2O3 пленкаларын үстерү сәләте белән дан тота. Нәтиҗәдә, ул иң киң өйрәнелгән һәм потенциаль рәвештә коммерцияләштерелгән β-Ga2O3 юка пленка урнаштыру технологияләренең берсенә әйләнде. Моннан тыш, MBE ысулы шулай ук ​​югары сыйфатлы, түбән легирланган гетероструктуралы β-(AlXGa1-X)2O3/Ga2O3 юка пленка катламын уңышлы әзерләде. MBE өслек структурасын һәм морфологиясен реаль вакыт режимында атом катламы төгәллеге белән чагылышлы югары энергияле электрон дифракциясен (RHEED) кулланып күзәтә ала. Ләкин, MBE технологиясе кулланып үстерелгән β-Ga2O3 пленкалары әле дә күп кыенлыклар белән очраша, мәсәлән, түбән үсеш темплары һәм кечкенә пленка зурлыгы. Тикшеренүләр үсеш темпының (010)>(001)>(−201)>(100) тәртибендә булуын күрсәтте. 650 дән 750°C га кадәр бераз Ga белән бай шартларда, β-Ga2O3 (010) оптималь үсеш күрсәтә, тигез өслек һәм югары үсеш тизлеге белән. Бу ысул ярдәмендә β-Ga2O3 эпитаксиясе 0,1 нм RMS тупаслыгы белән уңышлы башкарылды. β-Ga2O3 Ga белән бай мохиттә төрле температурада үстерелгән MBE пленкалары рәсемдә күрсәтелгән. Novel Crystal Technology Inc. эпитаксиаль рәвештә 10 × 15 мм2 β-Ga2O3MBE пластиналарын уңышлы җитештерде. Алар 500 мкм калынлыктагы һәм 150 дуга секундыннан түбән XRD FWHM белән югары сыйфатлы (010) ориентацияләнгән β-Ga2O3 монокристалл субстратлары бирә. Субстрат Sn яки Fe белән легирланган. Sn белән кушылган үткәргеч субстратның кушылу концентрациясе 1E18 дән 9E18cm−3 гә кадәр, ә тимер белән кушылган ярымизоляцияле субстратның каршылыгы 10E10 Ω см-1 дән югарырак.

2.2 MOCVD ысулы

MOCVD металл органик кушылмаларын юка пленкалар үстерү өчен алдан килүче материаллар буларак куллана, шуның белән зур күләмдә коммерция җитештерүенә ирешә. MOCVD ысулын кулланып Ga2O3 үстергәндә, гадәттә, Ga чыганагы буларак триметилгаллий (TMGa), триэтилгаллий (TEGa) һәм Ga (дипентилгликоль форматы) кулланыла, ә кислород чыганагы буларак H2O, O2 яки N2O кулланыла. Бу ысулны кулланып үстерү, гадәттә, югары температуралар (>800°C) таләп итә. Бу технология түбән йөртүче концентрациясенә һәм югары һәм түбән температуралы электрон хәрәкәтчәнлегенә ирешү мөмкинлегенә ия, шуңа күрә ул югары җитештерүчән β-Ga2O3 көч җайланмаларын гамәлгә ашыру өчен зур әһәмияткә ия. MBE үстерү ысулы белән чагыштырганда, MOCVD югары температуралы үсеш һәм химик реакцияләр үзенчәлекләре аркасында β-Ga2O3 пленкаларының бик югары үсеш темпларына ирешү өстенлегенә ия.

Рәсем 7 β-Ga2O3 (010) AFM рәсеме

8 нче рәсем β-Ga2O3 μ һәм катлам каршылыгы арасындагы бәйләнеш Холл һәм температура белән үлчәнгән.

2.3 HVPE ысулы

HVPE - өлгергән эпитаксиаль технология һәм III-V кушылма ярымүткәргечләрнең эпитаксиаль үсешендә киң кулланыла. HVPE үзенең түбән җитештерү бәясе, тиз үсеш темплары һәм югары пленка калынлыгы белән билгеле. Шунысын да билгеләп үтәргә кирәк, HVPEβ-Ga2O3 гадәттә тупас өслек морфологиясен һәм өслек кимчелекләренең һәм чокырларының югары тыгызлыгын күрсәтә. Шуңа күрә җайланманы җитештерү алдыннан химик һәм механик полировкалау процесслары кирәк. β-Ga2O3 эпитаксиясе өчен HVPE технологиясе гадәттә (001) β-Ga2O3 матрицасының югары температуралы реакциясен стимуллаштыру өчен газсыман GaCl һәм O2 прекурсорлары буларак куллана. 9 нчы рәсемдә эпитаксиаль пленканың өслек торышы һәм үсеш темплары температура функциясе буларак күрсәтелгән. Соңгы елларда Япониянең Novel Crystal Technology Inc. компаниясе HVPE гомоэпитаксиаль β-Ga2O3 җитештерүдә зур коммерция уңышларына иреште, эпитаксиаль катлам калынлыгы 5-10 мкм һәм пластина зурлыгы 2 һәм 4 дюйм. Моннан тыш, China Electronics Technology Group Corporation тарафыннан җитештерелгән 20 мкм калынлыктагы HVPE β-Ga2O3 гомоэпитаксиаль пластиналары да коммерцияләштерү этабына керде.

9 нчы рәсем HVPE β-Ga2O3 ысулы

2.4 PLD ысулы

PLD технологиясе, нигездә, катлаулы оксид пленкаларын һәм гетероструктураларны урнаштыру өчен кулланыла. PLD үсеш процессында фотон энергиясе электрон эмиссия процессы аша максатлы материалга тоташтырыла. MBEдан аермалы буларак, PLD чыганагы кисәкчәләре бик югары энергияле (>100 эВ) лазер нурланышы белән формалаша һәм аннары җылытылган субстратка урнаштырыла. Ләкин, абляция процессында кайбер югары энергияле кисәкчәләр материал өслегенә турыдан-туры тәэсир итә, нокта дефектлары барлыкка китерә һәм шулай итеп пленка сыйфатын киметә. MBE ысулына охшаш рәвештә, RHEED PLD β-Ga2O3 урнаштыру процессында материалның өслек структурасын һәм морфологиясен реаль вакыт режимында күзәтү өчен кулланылырга мөмкин, бу тикшеренүчеләргә үсеш турында төгәл мәгълүмат алырга мөмкинлек бирә. PLD ысулы югары үткәрүчән β-Ga2O3 пленкаларын үстерәчәк дип көтелә, бу аны Ga2O3 көч җайланмаларында оптимальләштерелгән ом контакт чишелеше итә.

10 нчы рәсем, Si белән легирланган Ga2O3 ның AFM сурәте

2.5 MIST-CVD ысулы

MIST-CVD - чагыштырмача гади һәм экономияле юка пленка үстерү технологиясе. Бу CVD ысулы атомлаштырылган прекурсорны субстратка сиптерү реакциясен үз эченә ала, бу юка пленка утыртуга ирешү өчен кулланыла. Ләкин әлегә кадәр томан CVD кулланып үстерелгән Ga2O3 әле дә яхшы электр үзлекләренә ия түгел, бу киләчәктә яхшырту һәм оптимизацияләү өчен зур урын калдыра.