Niyə Gllium Nitride (GaN) Epitaksi GaN substratında böyümür?

-nin böyüməsiGaN epitaksiyasıSilikonla müqayisədə materialın üstün xüsusiyyətlərinə baxmayaraq, GaN substratında unikal problem yaradır.GaN epitaksiyasıbant boşluğunun eni, istilik keçiriciliyi və parçalanma elektrik sahəsi baxımından silikon əsaslı materiallara nisbətən əhəmiyyətli üstünlüklər təklif edir. Bu, GaN-nin üçüncü nəsil yarımkeçiricilər üçün əsas kimi qəbul edilməsini gücləndirir, bu da yüksək temperatur və tezliklər altında təkmilləşdirilmiş soyutma, daha az keçiricilik itkisi və təkmilləşdirilmiş performans təmin edir, fotonik və mikro-elektron sənayeləri üçün perspektivli və mühüm irəliləyişdir.

Əsas üçüncü nəsil yarımkeçirici material kimi GaN, geniş tətbiqi sayəsində xüsusilə parlayır və silisiumdan sonra ən vacib materiallardan biri hesab olunur. GaN güc cihazları yüksək kritik elektrik sahəsinin gücü, daha aşağı müqavimət və daha sürətli keçid tezlikləri kimi cari silikon əsaslı cihazlarla müqayisədə üstün xüsusiyyətlər nümayiş etdirir, bu da yüksək əməliyyat temperaturu altında sistemin səmərəliliyini və performansını artırır.

Substratı daxil edən GaN yarımkeçirici dəyər zəncirində,GaN epitaksiyası, cihazın dizaynı və istehsalında substrat əsas komponent kimi xidmət edir. GaN təbii olaraq substrat kimi xidmət etmək üçün ən uyğun materialdırGaN epitaksiyasıhomojen böyümə prosesi ilə daxili uyğunluğu səbəbindən yetişdirilir. Bu, material xassələrindəki qeyri-bərabərlik səbəbindən minimal gərginlik dərəcəsini təmin edir, nəticədə heterogen substratlarda yetişdirilənlərlə müqayisədə daha yüksək keyfiyyətli epitaksial təbəqələr əmələ gəlir. Substrat kimi GaN istifadə edərək, sapfir kimi substratlarla müqayisədə daxili olaraq min dəfə azaldılmış qüsur sıxlığı ilə yüksək keyfiyyətli GaN epistemologiyası istehsal edilə bilər. Bu, LED-lərin birləşmə temperaturunun əhəmiyyətli dərəcədə azalmasına kömək edir və vahid sahəyə düşən lümenləri on qat artırmağa imkan verir.

Bununla belə, GaN cihazlarının adi substratı böyüməsi ilə əlaqəli çətinlik səbəbindən GaN monokristalları deyil. GaN monokristal artımında irəliləyiş adi yarımkeçirici materiallara nisbətən xeyli yavaş inkişaf etmişdir. Çətinlik uzanan və sərfəli olan GaN kristallarının yetişdirilməsindədir. GaN-in ilk sintezi 1932-ci ildə materialı yetişdirmək üçün ammonyak və təmiz metal qalliumdan istifadə etməklə baş verdi. O vaxtdan bəri, GaN monokristal materialları üzərində geniş araşdırma aparıldı, lakin hələ də problemlər qalmaqdadır. GaN-nin normal təzyiq altında əriyə bilməməsi, yüksək temperaturda onun Ga və azota (N2) parçalanması və 2300 dərəcə Selsi ərimə nöqtəsində 6 giqapaskala (GPa) çatan dekompressiya təzyiqi mövcud böyümə avadanlığının yerləşdirməsini çətinləşdirir. belə yüksək təzyiqlərdə GaN monokristallarının sintezi. GaN monokristalının böyüməsi üçün ənənəvi ərimə artım üsullarından istifadə edilə bilməz, beləliklə epitaksiya üçün heterogen substratların istifadəsini tələb edir. GaN əsaslı cihazların hazırkı vəziyyətində böyümə, GaN epitaksial cihazlarının inkişafına mane olan və homojen bir substrat tələb edən tətbiqlərə mane olan homojen GaN substratından istifadə etmək əvəzinə, adətən silikon, silisium karbid və sapfir kimi substratlarda həyata keçirilir. yetişdirilmiş cihaz.

GaN epitaksiyasında bir neçə növ substrat istifadə olunur:

1. Safir:Sapphire və ya α-Al2O3, LED bazarının əhəmiyyətli bir hissəsini tutan LED-lər üçün ən geniş yayılmış kommersiya substratıdır. Onun istifadəsi unikal üstünlükləri üçün, xüsusən də silisium karbid substratlarında yetişdirilənlərlə eyni dərəcədə aşağı dislokasiya sıxlığı olan filmlər istehsal edən GaN epitaksial böyüməsi kontekstində elan edildi. Sapphire istehsalı ərimə artımını əhatə edir, bu, sənaye tətbiqi üçün uyğun olan daha aşağı qiymətlərlə və daha böyük ölçülərdə yüksək keyfiyyətli tək kristalların istehsalına imkan verən yetkin bir prosesdir. Nəticədə, sapfir LED sənayesində ən erkən və ən çox yayılmış substratlardan biridir.

2. Silikon karbid:Silikon karbid (SiC) dördüncü nəsil yarımkeçirici materialdır və sapfirdən sonra LED substratları üçün bazar payında ikinci yeri tutur. SiC ilk növbədə üç kateqoriyaya bölünən müxtəlif kristal formaları ilə xarakterizə olunur: kub (3C-SiC), altıbucaqlı (4H-SiC) və rombedral (15R-SiC). SiC kristallarının əksəriyyəti 3C, 4H və 6H-dir, 4H və 6H-SiC növləri GaN cihazları üçün substrat kimi istifadə olunur.

Silikon karbid LED substratı kimi əla seçimdir. Buna baxmayaraq, yüksək keyfiyyətli, böyük SiC monokristallarının istehsalı çətin olaraq qalır və materialın laylı strukturu onu parçalanmaya meylli edir, bu da onun mexaniki bütövlüyünə təsir edir və epitaksial təbəqənin keyfiyyətinə təsir edən səth qüsurlarını potensial olaraq təqdim edir. Tək kristal SiC substratının qiyməti eyni ölçülü sapfir substratdan təxminən bir neçə dəfədir və onun yüksək qiymətinə görə geniş tətbiqini məhdudlaşdırır.

Semicorex  850V Yüksək Güclü GaN-on-Si Epi Gofret

3. Tək Kristal Silikon:Silikon, ən çox istifadə edilən və sənayedə qurulmuş yarımkeçirici material olmaqla, GaN epitaksial substratların istehsalı üçün möhkəm zəmin yaradır. Tək kristal silisium yetişdirmə üsullarının mövcudluğu yüksək keyfiyyətli, 6-12 düymlük substratların sərfəli, geniş miqyaslı istehsalını təmin edir. Bu, LED-lərin qiymətini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır və tək kristal silikon substratların istifadəsi ilə LED çiplərinin və inteqral sxemlərin inteqrasiyasına yol açır, miniatürləşdirmədə irəliləyişlərə səbəb olur. Bundan əlavə, hal-hazırda ən çox yayılmış LED substratı olan sapfirlə müqayisədə, silikon əsaslı cihazlar istilik keçiriciliyi, elektrik keçiriciliyi, şaquli strukturların hazırlanması qabiliyyəti və yüksək güclü LED istehsalı üçün daha yaxşı uyğunluq baxımından üstünlüklər təklif edir.**