1. Uchinchi avlod yarimo'tkazgichlari
Birinchi avlod yarimo'tkazgich texnologiyasi Si va Ge kabi yarimo'tkazgich materiallari asosida ishlab chiqilgan. Bu tranzistorlar va integral mikrosxemalar texnologiyasini rivojlantirish uchun moddiy asosdir. Birinchi avlod yarimo'tkazgich materiallari 20-asrda elektron sanoatining poydevorini qo'ydi va integral mikrosxemalar texnologiyasi uchun asosiy materiallar hisoblanadi.
Ikkinchi avlod yarimo'tkazgich materiallari asosan galliy arsenidi, indiy fosfid, galliy fosfid, indiy arsenidi, alyuminiy arsenidi va ularning uchlamchi birikmalarini o'z ichiga oladi. Ikkinchi avlod yarimo'tkazgich materiallari optoelektronik axborot sanoatining asosini tashkil etadi. Shu asosda yoritish, displey, lazer va fotovoltaika kabi tegishli sohalar rivojlantirildi. Ular zamonaviy axborot texnologiyalari va optoelektronik displey sanoatida keng qo'llaniladi.
Uchinchi avlod yarimo'tkazgich materiallarining vakillik materiallari galliy nitridi va kremniy karbidini o'z ichiga oladi. Keng polosali oralig'i, yuqori elektron to'yinganlik tezligi, yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi va yuqori parchalanish maydonining kuchliligi tufayli ular yuqori quvvatli zichlik, yuqori chastotali va kam yo'qotishli elektron qurilmalarni tayyorlash uchun ideal materiallardir. Ular orasida kremniy karbidli quvvat qurilmalari yuqori energiya zichligi, past energiya sarfi va kichik o'lcham afzalliklariga ega va yangi energiya transport vositalari, fotovoltaika, temir yo'l transporti, katta ma'lumotlar va boshqa sohalarda keng qo'llanilish istiqbollariga ega. Galliy nitridli RF qurilmalari yuqori chastotali, yuqori quvvatli, keng o'tkazuvchanlik, past energiya sarfi va kichik o'lcham afzalliklariga ega va 5G aloqasi, narsalar interneti, harbiy radar va boshqa sohalarda keng qo'llanilish istiqbollariga ega. Bundan tashqari, galliy nitridi asosidagi quvvat qurilmalari past kuchlanishli sohada keng qo'llanilmoqda. Bundan tashqari, so'nggi yillarda paydo bo'layotgan galliy oksidi materiallari mavjud SiC va GaN texnologiyalari bilan texnik jihatdan bir-birini to'ldirishi va past chastotali va yuqori kuchlanishli sohalarda potentsial qo'llanilish istiqbollariga ega bo'lishi kutilmoqda.
Ikkinchi avlod yarimo'tkazgich materiallari bilan taqqoslaganda, uchinchi avlod yarimo'tkazgich materiallari kengroq o'tkazuvchanlik kengligiga ega (birinchi avlod yarimo'tkazgich materialining odatiy materiali bo'lgan Si ning o'tkazuvchanlik kengligi taxminan 1,1 eV, ikkinchi avlod yarimo'tkazgich materialining odatiy materiali bo'lgan GaAs ning o'tkazuvchanlik kengligi taxminan 1,42 eV va uchinchi avlod yarimo'tkazgich materialining odatiy materiali bo'lgan GaN ning o'tkazuvchanlik kengligi 2,3 eV dan yuqori), kuchliroq nurlanish qarshiligi, elektr maydonining buzilishiga kuchliroq qarshilik va yuqori harorat qarshiligiga ega. Kengroq o'tkazuvchanlik kengligiga ega uchinchi avlod yarimo'tkazgich materiallari, ayniqsa, nurlanishga chidamli, yuqori chastotali, yuqori quvvatli va yuqori integratsiya zichligiga ega elektron qurilmalarni ishlab chiqarish uchun juda mos keladi. Ularning mikroto'lqinli radiochastotali qurilmalar, LEDlar, lazerlar, quvvat qurilmalari va boshqa sohalarda qo'llanilishi katta e'tiborni tortdi va ular mobil aloqa, aqlli tarmoqlar, temir yo'l tranziti, yangi energiya transport vositalari, iste'molchi elektronikasi, ultrabinafsha va ko'k-yashil chiroq qurilmalarida keng rivojlanish istiqbollarini namoyish etdi [1].
Tasvir manbasi: CASA, Zheshang qimmatli qog'ozlar tadqiqot instituti
1-rasm GaN quvvat qurilmasining vaqt shkalasi va prognozi
II GaN materialining tuzilishi va xususiyatlari
GaN to'g'ridan-to'g'ri tasma oralig'i yarimo'tkazgichdir. Vurtsit strukturasining xona haroratidagi tasma oralig'i kengligi taxminan 3,26 eV ni tashkil qiladi. GaN materiallari uchta asosiy kristall strukturaga ega, ya'ni vurtsit strukturasi, sfalerit strukturasi va tosh tuzi strukturasi. Ular orasida vurtsit strukturasi eng barqaror kristall strukturadir. 2-rasmda GaN ning olti burchakli vurtsit strukturasining diagrammasi keltirilgan. GaN materialining vurtsit strukturasi olti burchakli yaqin joylashgan strukturaga tegishli. Har bir birlik katakchada 12 ta atom mavjud, jumladan, 6 ta N atomi va 6 ta Ga atomi. Har bir Ga (N) atomi eng yaqin 4 ta N (Ga) atomlari bilan bog'lanish hosil qiladi va ABABAB tartibida... [0001] yo'nalishi bo'yicha joylashtirilgan [2].
2-rasm. Vurtzit tuzilishining GaN kristall hujayra diagrammasi.
III GaN epitaksiyasi uchun keng tarqalgan substratlar
GaN substratlarida bir hil epitaksiya GaN epitaksiyasi uchun eng yaxshi tanlov bo'lib tuyuladi. Biroq, GaN ning katta bog'lanish energiyasi tufayli, harorat 2500℃ erish nuqtasiga yetganda, uning mos keladigan parchalanish bosimi taxminan 4,5GPa ni tashkil qiladi. Parchalanish bosimi bu bosimdan pastroq bo'lganda, GaN erimaydi, balki to'g'ridan-to'g'ri parchalanadi. Bu Czochralski usuli kabi yetuk substrat tayyorlash texnologiyalarini GaN monokristalli substratlarini tayyorlash uchun yaroqsiz holga keltiradi, bu esa GaN substratlarini ommaviy ishlab chiqarishni qiyinlashtiradi va qimmatga tushadi. Shuning uchun, GaN epitaksial o'sishida keng qo'llaniladigan substratlar asosan Si, SiC, sapfir va boshqalardir [3].
3-jadval. GaN va keng tarqalgan substrat materiallarining parametrlari
Safir ustidagi GaN epitaksiyasi
Safir barqaror kimyoviy xususiyatlarga ega, arzon va keng ko'lamli ishlab chiqarish sanoatining yuqori yetukligiga ega. Shuning uchun u yarimo'tkazgichli qurilmalar muhandisligida eng qadimgi va eng keng qo'llaniladigan substrat materiallaridan biriga aylandi. GaN epitaksiyasi uchun keng tarqalgan substratlardan biri sifatida, safir substratlari uchun hal qilinishi kerak bo'lgan asosiy muammolar quyidagilardir:
✔ Safir (Al2O3) va GaN o'rtasidagi katta panjara nomuvofiqligi (taxminan 15%) tufayli epitaksial qatlam va substrat orasidagi chegaradagi nuqson zichligi juda yuqori. Uning salbiy ta'sirini kamaytirish uchun substrat epitaksial jarayon boshlanishidan oldin murakkab oldindan ishlov berishdan o'tkazilishi kerak. Safir substratlarida GaN epitaksialini o'stirishdan oldin, avval substrat yuzasi ifloslantiruvchi moddalarni, qoldiq abraziv shikastlanishlarni va boshqalarni olib tashlash va zinapoyalar va zinapoyalar yuzasi tuzilmalarini hosil qilish uchun qat'iy tozalanishi kerak. Keyin, epitaksial qatlamning namlash xususiyatlarini o'zgartirish uchun substrat yuzasi nitridlanadi. Nihoyat, yakuniy epitaksial o'sishga tayyorgarlik ko'rish uchun substrat yuzasiga yupqa AlN bufer qatlami (odatda 10-100 nm qalinlikda) qo'yilishi va past haroratda tavlanishi kerak. Shunga qaramay, sapfir substratlarida o'stirilgan GaN epitaksial plyonkalaridagi dislokatsiya zichligi gomeepitaksial plyonkalarnikidan yuqori (taxminan 1010 sm-2, kremniy gomeepitaksial plyonkalarida yoki galliy arsenid gomeepitaksial plyonkalarida deyarli nol dislokatsiya zichligi yoki 102 va 104 sm-2 oralig'ida). Yuqori nuqson zichligi tashuvchilarning harakatchanligini pasaytiradi, shu bilan ozchilik tashuvchilarining umrini qisqartiradi va issiqlik o'tkazuvchanligini pasaytiradi, bularning barchasi qurilmaning ishlashini pasaytiradi [4];
✔ Safirning issiqlik kengayish koeffitsienti GaNnikidan kattaroq, shuning uchun cho'kma haroratidan xona haroratigacha sovutish jarayonida epitaksial qatlamda ikki o'qli siqish kuchlanishi hosil bo'ladi. Qalinroq epitaksial plyonkalar uchun bu kuchlanish plyonka yoki hatto substratning yorilishiga olib kelishi mumkin;
✔ Boshqa substratlar bilan solishtirganda, sapfir substratlarining issiqlik o'tkazuvchanligi pastroq (100℃ da taxminan 0,25W*cm-1*K-1) va issiqlik tarqalish ko'rsatkichi yomon;
✔ O'tkazuvchanligi pastligi sababli, sapfir substratlari ularni boshqa yarimo'tkazgichli qurilmalar bilan integratsiya qilish va qo'llash uchun qulay emas.
Safir substratlarida o'stirilgan GaN epitaksial qatlamlarining nuqson zichligi yuqori bo'lsa-da, bu GaN asosidagi ko'k-yashil LEDlarning optoelektronik ishlashini sezilarli darajada kamaytirmaydi, shuning uchun safir substratlari hali ham GaN asosidagi LEDlar uchun keng tarqalgan substratlar hisoblanadi.
Lazerlar yoki boshqa yuqori zichlikdagi quvvat qurilmalari kabi GaN qurilmalarining yangi qo'llanmalarining rivojlanishi bilan sapfir substratlarining ichki nuqsonlari ularni qo'llashda tobora ko'proq cheklovga aylanib bormoqda. Bundan tashqari, SiC substrat o'sish texnologiyasining rivojlanishi, xarajatlarning pasayishi va Si substratlarida GaN epitaksial texnologiyasining etukligi bilan sapfir substratlarida GaN epitaksial qatlamlarini o'stirish bo'yicha ko'proq tadqiqotlar asta-sekin sovutish tendentsiyasini ko'rsatdi.
SiC ustidagi GaN epitaksiyasi
Safir bilan taqqoslaganda, SiC substratlari (4H- va 6H-kristallari) GaN epitaksial qatlamlari bilan kichikroq panjara mos kelmasligiga (3,1%, [0001] yo'naltirilgan epitaksial plyonkalarga teng), yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga (taxminan 3,8W*cm-1*K-1) va boshqalarga ega. Bundan tashqari, SiC substratlarining o'tkazuvchanligi substratning orqa tomonida elektr kontaktlarini o'rnatishga imkon beradi, bu esa qurilma tuzilishini soddalashtirishga yordam beradi. Ushbu afzalliklarning mavjudligi tobora ko'proq tadqiqotchilarni kremniy karbid substratlarida GaN epitaksiyasi ustida ishlashga jalb qildi.
Biroq, GaN epilatör qatlamlarini o'stirishdan saqlanish uchun to'g'ridan-to'g'ri SiC substratlarida ishlash ham bir qator kamchiliklarga duch keladi, jumladan:
✔ SiC substratlarining sirt pürüzlülüğü sapfir substratlarinikidan ancha yuqori (safir pürüzlülüğü 0.1nm RMS, SiC pürüzlülüğü 1nm RMS), SiC substratlari yuqori qattiqlik va past ishlov berish ko'rsatkichlariga ega va bu pürüzlülük va qoldiq abraziv shikastlanish ham GaN epilatörlerindeki nuqsonlarning manbalaridan biridir.
✔ SiC substratlarining vintli dislokatsiya zichligi yuqori (dislokatsiya zichligi 103-104 sm-2), vintli dislokatsiyalar GaN epilatör qatlamiga tarqalishi va qurilmaning ishlashini pasaytirishi mumkin;
✔ Substrat yuzasidagi atom joylashuvi GaN epital qatlamida ustma-ust tushish yoriqlari (BSF) hosil bo'lishiga olib keladi. SiC substratlaridagi epitaksial GaN uchun substratda bir nechta mumkin bo'lgan atom joylashuv tartiblari mavjud bo'lib, natijada undagi epitaksial GaN qatlamining dastlabki atom ustma-ust tushish tartibi nomuvofiq bo'lib, bu ustma-ust tushish yoriqlariga moyil bo'ladi. Ustma-ust tushish yoriqlari (SF) c o'qi bo'ylab o'rnatilgan elektr maydonlarini keltirib chiqaradi, bu esa tekislikdagi tashuvchilarni ajratish moslamalarining oqishi kabi muammolarga olib keladi;
✔ SiC substratining issiqlik kengayish koeffitsienti AlN va GaN ga qaraganda kichikroq, bu esa sovutish jarayonida epitaksial qatlam va substrat o'rtasida issiqlik kuchlanishining to'planishiga olib keladi. Waltereit va Brand o'zlarining tadqiqot natijalariga asoslanib, bu muammoni yupqa, kogerent zo'riqtirilgan AlN yadrolanish qatlamlarida GaN epitaksial qatlamlarini o'stirish orqali yengillashtirish yoki hal qilish mumkinligini bashorat qilishdi;
✔ Ga atomlarining yomon namlanish muammosi. GaN epitaksial qatlamlarini to'g'ridan-to'g'ri SiC yuzasida o'stirishda, ikki atom orasidagi yomon namlanish tufayli, GaN substrat yuzasida 3D orol o'sishiga moyil bo'ladi. Bufer qatlamini kiritish GaN epitaksiyasida epitaksial materiallar sifatini yaxshilash uchun eng ko'p ishlatiladigan yechimdir. AlN yoki AlxGa1-xN bufer qatlamini kiritish SiC yuzasining namlanish qobiliyatini samarali ravishda oshirishi va GaN epitaksial qatlamini ikki o'lchamda o'sishiga olib kelishi mumkin. Bundan tashqari, u stressni ham boshqarishi va substrat nuqsonlarining GaN epitaksiyasiga tarqalishining oldini olishi mumkin;
✔ SiC substratlarini tayyorlash texnologiyasi hali yetishmagan, substrat narxi yuqori va yetkazib beruvchilar kam, ta'minot esa kam.
Torres va boshqalarning tadqiqotlari shuni ko'rsatadiki, epitaksiyadan oldin SiC substratini H2 bilan yuqori haroratda (1600°C) o'yib ishlov berish substrat yuzasida tartibli pog'onali tuzilish hosil qilishi mumkin, shu bilan asl substrat yuzasida to'g'ridan-to'g'ri o'stirilgandan ko'ra yuqori sifatli AlN epitaksial plyonkasini olish mumkin. Xie va uning jamoasining tadqiqotlari shuningdek, kremniy karbid substratini o'yib ishlov berish GaN epitaksial qatlamining sirt morfologiyasi va kristall sifatini sezilarli darajada yaxshilashi mumkinligini ko'rsatadi. Smit va boshqalar substrat/bufer qatlami va bufer qatlami/epitaksial qatlam interfeyslaridan kelib chiqadigan tishli dislokatsiyalar substratning tekisligi bilan bog'liqligini aniqladilar [5].
4-rasm. Turli sirt ishlov berish sharoitlarida (a) kimyoviy tozalash; (b) kimyoviy tozalash + vodorod plazmasi bilan ishlov berish; (c) kimyoviy tozalash + vodorod plazmasi bilan ishlov berish + 1300℃ vodorod bilan 30 daqiqa davomida issiqlik bilan ishlov berishda 6H-SiC substratida (0001) o'stirilgan GaN epitaksial qatlam namunalarining TEM morfologiyasi.
Si ustidagi GaN epitaksiyasi
Kremniy karbid, safir va boshqa substratlar bilan taqqoslaganda, kremniy substratini tayyorlash jarayoni yetuk bo'lib, u yetuk katta o'lchamli substratlarni yuqori narx ko'rsatkichlari bilan barqaror ravishda ta'minlay oladi. Shu bilan birga, issiqlik o'tkazuvchanligi va elektr o'tkazuvchanligi yaxshi va Si elektron qurilma jarayoni yetuk. Kelajakda optoelektronik GaN qurilmalarini Si elektron qurilmalari bilan mukammal integratsiya qilish imkoniyati ham kremniyda GaN epitaksiyasining o'sishini juda jozibador qiladi.
Biroq, Si substrati va GaN materiali o'rtasidagi panjara konstantalaridagi katta farq tufayli, Si substratida GaN ning heterojen epitaksiyasi odatiy katta nomuvofiqlik epitaksiyasi hisoblanadi va u bir qator muammolarga duch kelishi kerak:
✔ Sirt interfeysi energiyasi muammosi. GaN Si substratida o'sganda, Si substratining yuzasi avval nitridlanadi va yuqori zichlikdagi GaN ning yadrolanishi va o'sishiga yordam bermaydigan amorf kremniy nitrid qatlamini hosil qiladi. Bundan tashqari, Si yuzasi avval Ga bilan aloqa qiladi, bu esa Si substratining yuzasini zanglaydi. Yuqori haroratlarda Si yuzasining parchalanishi qora kremniy dog'larini hosil qilish uchun GaN epitaksial qatlamiga tarqaladi.
✔ GaN va Si o'rtasidagi panjara konstantasi nomuvofiqligi katta (~17%), bu yuqori zichlikdagi ipli dislokatsiyalarning shakllanishiga olib keladi va epitaksial qatlam sifatini sezilarli darajada pasaytiradi;
✔ Si bilan solishtirganda, GaN kattaroq issiqlik kengayish koeffitsientiga ega (GaN ning issiqlik kengayish koeffitsienti taxminan 5.6×10-6K-1, Si ning issiqlik kengayish koeffitsienti taxminan 2.6×10-6K-1) va epitaksial harorat xona haroratiga qadar sovutilganda GaN epitaksial qatlamida yoriqlar paydo bo'lishi mumkin;
✔ Si yuqori haroratlarda NH3 bilan reaksiyaga kirishib, polikristalli SiNx hosil qiladi. AlN polikristalli SiNx ustida imtiyozli yo'naltirilgan yadro hosil qila olmaydi, bu esa keyinchalik o'sgan GaN qatlamining tartibsiz yo'nalishiga va ko'p sonli nuqsonlarga olib keladi, natijada GaN epitaksial qatlamining kristall sifati yomonlashadi va hatto monokristalli GaN epitaksial qatlamini hosil qilishda qiyinchiliklar paydo bo'ladi [6].
Katta panjara nomuvofiqligi muammosini hal qilish uchun tadqiqotchilar Si substratlarida bufer qatlamlari sifatida AlAs, GaAs, AlN, GaN, ZnO va SiC kabi materiallarni joriy etishga harakat qilishdi. Polikristalli SiNx hosil bo'lishining oldini olish va uning GaN/AlN/Si (111) materiallarining kristall sifatiga salbiy ta'sirini kamaytirish uchun, odatda NH3 ning ochiq Si yuzasi bilan reaksiyaga kirishib, SiNx hosil bo'lishining oldini olish uchun AlN bufer qatlamining epitaksial o'sishidan oldin ma'lum vaqt davomida TMali joriy etish talab qilinadi. Bundan tashqari, epitaksial qatlam sifatini yaxshilash uchun naqshli substrat texnologiyasi kabi epitaksial texnologiyalardan foydalanish mumkin. Ushbu texnologiyalarning rivojlanishi epitaksial chegarada SiNx hosil bo'lishini inhibe qilishga, GaN epitaksial qatlamining ikki o'lchovli o'sishini rag'batlantirishga va epitaksial qatlamning o'sish sifatini yaxshilashga yordam beradi. Bundan tashqari, kremniy substratidagi GaN epitaksial qatlamida yoriqlar paydo bo'lishining oldini olish uchun issiqlik kengayish koeffitsientlaridagi farq tufayli yuzaga keladigan cho'zilish kuchlanishini qoplash uchun AlN bufer qatlami joriy etiladi. Krostning tadqiqotlari shuni ko'rsatadiki, AlN bufer qatlamining qalinligi va kuchlanishning kamayishi o'rtasida ijobiy bog'liqlik mavjud. Bufer qatlamining qalinligi 12 nm ga yetganda, 6 mkm dan qalinroq epitaksial qatlamni tegishli o'sish sxemasi orqali epitaksial qatlam yorilishisiz kremniy substratida o'stirish mumkin.
Tadqiqotchilarning uzoq muddatli sa'y-harakatlaridan so'ng, kremniy substratlarida o'stirilgan GaN epitaksial qatlamlarining sifati sezilarli darajada yaxshilandi va dala effekti tranzistorlari, Shottki to'siq ultrabinafsha detektorlari, ko'k-yashil LEDlar va ultrabinafsha lazerlar kabi qurilmalar sezilarli yutuqlarga erishdi.
Xulosa qilib aytganda, keng tarqalgan GaN epitaksial substratlarining barchasi heterojen epitaksial bo'lgani uchun, ularning barchasi panjara nomuvofiqligi va turli darajadagi issiqlik kengayish koeffitsientlarida katta farqlar kabi keng tarqalgan muammolarga duch keladi. Bir hil epitaksial GaN substratlari texnologiyaning yetukligi bilan cheklangan va substratlar hali ommaviy ishlab chiqarilmagan. Ishlab chiqarish tannarxi yuqori, substrat hajmi kichik va substrat sifati ideal emas. Yangi GaN epitaksial substratlarini ishlab chiqish va epitaksial sifatni yaxshilash hali ham GaN epitaksial sanoatining keyingi rivojlanishini cheklovchi muhim omillardan biri hisoblanadi.
IV. GaN epitaksiyasi uchun keng tarqalgan usullar
MOCVD (kimyoviy bug'lanish)
GaN substratlarida bir hil epitaksiya GaN epitaksiyasi uchun eng yaxshi tanlov bo'lib tuyuladi. Biroq, kimyoviy bug'lanishning prekursorlari trimetilgalliy va ammiak, tashuvchi gaz esa vodorod bo'lgani uchun, odatdagi MOCVD o'sish harorati taxminan 1000-1100℃ va MOCVD ning o'sish tezligi soatiga bir necha mikronni tashkil qiladi. U atom darajasida tik interfeyslarni hosil qilishi mumkin, bu esa heterojunctionlar, kvant quduqlari, superpanjara va boshqa tuzilmalarni o'stirish uchun juda mos keladi. Uning tez o'sish tezligi, yaxshi bir xilligi va katta maydon va ko'p qismli o'sish uchun mosligi ko'pincha sanoat ishlab chiqarishida qo'llaniladi.
MBE (molekulyar nur epitaksiyasi)
Molekulyar nurli epitaksiyada Ga elementar manbadan foydalanadi va faol azot azotdan RF plazmasi orqali olinadi. MOCVD usuli bilan taqqoslaganda, MBE o'sish harorati taxminan 350-400℃ pastroq. Pastroq o'sish harorati yuqori haroratli muhitlar keltirib chiqarishi mumkin bo'lgan ma'lum ifloslanishlarning oldini oladi. MBE tizimi ultra yuqori vakuum ostida ishlaydi, bu esa unga ko'proq in-situ aniqlash usullarini birlashtirish imkonini beradi. Shu bilan birga, uning o'sish tezligi va ishlab chiqarish quvvatini MOCVD bilan taqqoslab bo'lmaydi va u ilmiy tadqiqotlarda ko'proq qo'llaniladi [7].
5-rasm (a) Eiko-MBE sxemasi (b) MBE asosiy reaktsiya kamerasi sxemasi
HVPE usuli (gidrid bugʻ fazasi epitaksiyasi)
Gidrid bugʻ fazasi epitaksiyasi usulining prekursorlari GaCl3 va NH3 hisoblanadi. Detchprohm va boshqalar bu usuldan sapfir substrati yuzasida yuzlab mikron qalinlikdagi GaN epitaksial qatlamini oʻstirish uchun foydalanganlar. Ularning tajribasida sapfir substrati va epitaksial qatlam oʻrtasida bufer qatlami sifatida ZnO qatlami oʻstirildi va epitaksial qatlam substrat yuzasidan tozalandi. MOCVD va MBE bilan taqqoslaganda, HVPE usulining asosiy xususiyati uning yuqori oʻsish tezligi boʻlib, u qalin qatlamlar va quyma materiallar ishlab chiqarish uchun mos keladi. Biroq, epitaksial qatlamning qalinligi 20 μm dan oshganda, bu usul bilan hosil qilingan epitaksial qatlam yorilishga moyil boʻladi.
Akira USUI ushbu usulga asoslangan naqshli substrat texnologiyasini joriy etdi. Ular dastlab MOCVD usuli yordamida sapfir substratida 1-1,5 mkm qalinlikdagi yupqa GaN epitaksial qatlamini o'stirdilar. Epitaksial qatlam past harorat sharoitida o'stirilgan 20 nm qalinlikdagi GaN bufer qatlami va yuqori harorat sharoitida o'stirilgan GaN qatlamidan iborat edi. Keyin, 430℃ da, epitaksial qatlam yuzasiga SiO2 qatlami qo'yildi va fotolitografiya yordamida SiO2 plyonkasida oyna chiziqlari yaratildi. Chiziqlar oralig'i 7 mkm va niqob kengligi 1 mkm dan 4 mkm gacha bo'lgan. Ushbu yaxshilanishdan so'ng, ular 2 dyuymli diametrli sapfir substratida yoriqsiz va qalinligi o'nlab yoki hatto yuzlab mikrongacha oshganda ham oyna kabi silliq bo'lgan GaN epitaksial qatlamini olishdi. Nuqson zichligi an'anaviy HVPE usulidagi 109-1010 sm-2 dan taxminan 6 × 107 sm-2 gacha kamaytirildi. Ular, shuningdek, tajribada o'sish tezligi soatiga 75 μm dan oshganda, namuna yuzasi qo'pol bo'lib qolishini ta'kidladilar[8].
6-rasm. Grafik substrat sxemasi
V. Xulosa va istiqbollar
GaN materiallari 2014-yilda, o'sha yili ko'k chiroqli LED fizika bo'yicha Nobel mukofotiga sazovor bo'lganida paydo bo'la boshladi va iste'molchi elektronikasi sohasida tez zaryadlash qo'llanmalari jamoatchilik sohasiga kirdi. Darhaqiqat, ko'pchilik ko'ra olmaydigan 5G bazaviy stansiyalarida ishlatiladigan quvvat kuchaytirgichlari va RF qurilmalaridagi qo'llanmalar ham jimgina paydo bo'ldi. So'nggi yillarda GaN asosidagi avtomobil darajasidagi quvvat qurilmalarining yutug'i GaN materiallarini qo'llash bozori uchun yangi o'sish nuqtalarini ochishi kutilmoqda.
Bozorning ulkan talabi, shubhasiz, GaN bilan bog'liq sanoat va texnologiyalarning rivojlanishiga yordam beradi. GaN bilan bog'liq sanoat zanjirining yetukligi va takomillashishi bilan, hozirgi GaN epitaksial texnologiyasi duch keladigan muammolar oxir-oqibat yaxshilanadi yoki bartaraf etiladi. Kelajakda odamlar, albatta, ko'proq yangi epitaksial texnologiyalar va ko'proq mukammal substrat variantlarini ishlab chiqadilar. O'sha vaqtga kelib, odamlar turli xil dastur stsenariylari uchun dastur stsenariylarining xususiyatlariga ko'ra eng mos tashqi tadqiqot texnologiyasi va substratni tanlashlari va eng raqobatbardosh moslashtirilgan mahsulotlarni ishlab chiqarishlari mumkin bo'ladi.
Nashr vaqti: 2024-yil 28-iyun