Неліктен глий нитриді (GaN) эпитаксисі GaN субстратта өспейді?

-ның өсуіGaN эпитаксиясыGaN субстратында кремниймен салыстырғанда материалдың жоғары қасиеттеріне қарамастан, бірегей қиындық тудырады.GaN эпитаксиясыкремний негізіндегі материалдарға қарағанда жолақ саңылауының ені, жылу өткізгіштігі және бұзылатын электр өрісі бойынша айтарлықтай артықшылықтар береді. Бұл GaN жартылай өткізгіштердің үшінші буынының негізі ретінде қабылдануын жоғарылататын салқындатуды, төмен өткізгіштік жоғалтуды және жоғары температуралар мен жиіліктер жағдайында жақсартылған өнімділікті қамтамасыз етеді, фотоникалық және микроэлектрондық өнеркәсіптер үшін перспективалы және маңызды жетістік.

GaN, үшінші буынның негізгі жартылай өткізгіш материалы ретінде, әсіресе кең қолдану мүмкіндігіне байланысты жарқырайды және кремнийден кейінгі ең маңызды материалдардың бірі ретінде қарастырылды. GaN қуат құрылғылары қазіргі кремний негізіндегі құрылғылармен салыстырғанда жоғары сипаттамаларды көрсетеді, мысалы, жоғары критикалық электр өрісінің күші, төмен қарсылық және жылдамырақ ауысу жиіліктері, бұл жоғары жұмыс температурасы кезінде жүйенің тиімділігі мен өнімділігін арттыруға әкеледі.

Субстратты қамтитын GaN жартылай өткізгішінің құндық тізбегінде,GaN эпитаксиясы, құрылғының дизайны және өндірісі, субстрат негізгі компонент ретінде қызмет етеді. GaN табиғи түрде субстрат ретінде қызмет ету үшін ең қолайлы материал болып табыладыGaN эпитаксиясыбіртекті өсу процесімен ішкі үйлесімділігіне байланысты өсіріледі. Бұл гетерогенді субстраттарда өсірілгендермен салыстырғанда жоғары сапалы эпитаксиалды қабаттардың пайда болуына әкелетін материалдың қасиеттерінің теңсіздіктеріне байланысты кернеудің минималды дәрежесін қамтамасыз етеді. GaN субстрат ретінде пайдалану арқылы сапфир сияқты субстраттармен салыстырғанда ішкі ақау тығыздығын мың есе азайтатын жоғары сапалы GaN эпистемологиясын жасауға болады. Бұл жарықдиодты шамдардың қосылу температурасының айтарлықтай төмендеуіне ықпал етеді және аудан бірлігіне люмендерді он есе арттыруға мүмкіндік береді.

Дегенмен, GaN құрылғыларының әдеттегі субстраты олардың өсуіне байланысты қиындықтарға байланысты GaN монокристалдары емес. GaN монокристалының өсуі әдеттегі жартылай өткізгіш материалдарға қарағанда айтарлықтай баяу болды. Қиындық ұзартылған және үнемді GaN кристалдарын өсіруде жатыр. GaN бірінші синтезі 1932 жылы материалды өсіру үшін аммиак пен таза металл галлийін қолдану арқылы болды. Содан бері GaN монокристалды материалдары бойынша ауқымды зерттеулер жүргізілді, бірақ әлі де қиындықтар бар. GaN қалыпты қысымда балқу қабілетсіздігі, оның жоғары температурада Ga және азотқа (N2) ыдырауы және оның 2300 градус Цельсий балқу температурасында 6 гигапаскальға (GPa) жететін декомпрессиялық қысымы қолданыстағы өсу жабдығын орналастыруды қиындатады. осындай жоғары қысымда GaN монокристалдарының синтезі. GaN монокристалының өсуі үшін балқымаларды өсірудің дәстүрлі әдістерін қолдану мүмкін емес, осылайша эпитаксия үшін гетерогенді субстраттарды пайдалану қажет. GaN негізіндегі құрылғылардың қазіргі күйінде өсу әдетте біртекті GaN субстратын пайдаланбай, кремний, кремний карбиді және сапфир сияқты субстраттарда орындалады, GaN эпитаксиалды құрылғыларының дамуына кедергі келтіреді және біртекті субстратты қажет ететін қолданбаларға кедергі жасайды. өсірілген құрылғы.

GaN эпитаксисінде субстраттардың бірнеше түрі қолданылады:

1. Сапфир:Сапфир немесе α-Al2O3 - жарықдиодты шамдар үшін ең кең таралған коммерциялық субстрат, жарықдиодты нарықтың айтарлықтай бөлігін жаулап алады. Оның қолданылуы оның бірегей артықшылықтары үшін, әсіресе кремний карбиді субстраттарында өсірілгендер сияқты дислокация тығыздығы бірдей төмен қабықшаларды шығаратын GaN эпитаксиалды өсу контекстінде жарияланды. Сапфирдің өндірісі балқыманың өсуін қамтиды, бұл өнеркәсіптік қолдану үшін қолайлы төмен шығындармен және үлкен өлшемдермен жоғары сапалы монокристалдарды өндіруге мүмкіндік беретін жетілген процесс. Нәтижесінде сапфир жарықдиодты өнеркәсібіндегі ең ерте және кең таралған субстраттардың бірі болып табылады.

2. Кремний карбиді:Кремний карбиді (SiC) төртінші буындағы жартылай өткізгіш материал болып табылады, ол сапфирден кейін жарықдиодты субстраттардың нарықтық үлесі бойынша екінші орын алады. SiC ең алдымен үш санатқа жіктелген әртүрлі кристалдық пішіндерімен сипатталады: текше (3C-SiC), алтыбұрышты (4H-SiC) және ромбоэдрлік (15R-SiC). SiC кристалдарының көпшілігі 3C, 4H және 6H болып табылады, 4H және 6H-SiC түрлері GaN құрылғылары үшін субстрат ретінде пайдаланылады.

Кремний карбиді - жарықдиодты субстрат ретінде тамаша таңдау. Соған қарамастан, жоғары сапалы, үлкен SiC монокристалдарын өндіру қиын болып қала береді және материалдың қабаттық құрылымы оның механикалық тұтастығына әсер ететін, эпитаксиалды қабат сапасына әсер ететін беттік ақауларды енгізуі мүмкін болатын үзілуге ​​бейім етеді. Бір кристалды SiC субстратының құны бірдей өлшемдегі сапфир субстратынан шамамен бірнеше есе көп, бұл оның премиум бағасына байланысты оның кең таралуын шектейді.

Semicorex  850В жоғары қуатты GaN-on-Si Epi вафли

3. Бір кристалды кремний:Кремний, ең көп қолданылатын және өнеркәсіпте орнатылған жартылай өткізгіш материал бола отырып, GaN эпитаксиалды субстраттарын өндіру үшін берік негіз береді. Бір кристалды кремнийді өсірудің озық әдістерінің болуы 6-дан 12 дюймге дейінгі жоғары сапалы субстраттардың үнемді, ауқымды өндірісін қамтамасыз етеді. Бұл жарықдиодты шамдардың құнын айтарлықтай төмендетеді және монокристалды кремний субстраттарын пайдалану арқылы жарықдиодты чиптер мен интегралды схемаларды біріктіруге жол ашады, миниатюризациядағы жетістіктерге жетелейді. Сонымен қатар, қазіргі уақытта ең көп таралған жарықдиодты субстрат болып табылатын сапфирмен салыстырғанда, кремний негізіндегі құрылғылар жылу өткізгіштік, электр өткізгіштік, тік құрылымдарды жасау мүмкіндігі және жоғары қуатты жарықдиодты өндіруге жақсырақ сәйкестік тұрғысынан артықшылықтарды ұсынады.**