Zergatik ez da Gllium Nitruroa (GaN) Epitaxia hazten GaN substratu batean?

ren hazkundeaGaN epitaxiaGaN substratuak erronka paregabea du, materialak silizioarekin alderatuta dituen propietate bikainak izan arren.GaN epitaxiaabantaila handiak eskaintzen ditu banda-hutsunearen zabalerari, eroankortasun termikoari eta eremu elektrikoaren matxurari dagokionez, silizioan oinarritutako materialen aurrean. Horrek erdieroaleen hirugarren belaunaldiaren ardatz gisa hartzea da GaN, hozte hobetua, eroankortasun-galera txikiagoa eta tenperatura eta maiztasun handietan errendimendu hobetua eskaintzen dutenak, industria fotoniko eta mikroelektronikorako aurrerapen itxaropentsu eta erabakigarria.

GaN, hirugarren belaunaldiko material erdieroale nagusia denez, bereziki distira egiten du bere erabilgarritasun zabalagatik eta silizioaren ondorengo material garrantzitsuenetako bat bezala hartu da. GaN potentzia-gailuek egungo silizioan oinarritutako gailuekin alderatuta ezaugarri bikainak erakusten dituzte, hala nola, eremu elektriko kritikoaren indar handiagoa, pizteko erresistentzia txikiagoa eta etentze-maiztasun azkarragoak, sistemaren eraginkortasuna eta errendimendua hobetzea dakar tenperatura operatibo altuetan.

Substratua barne hartzen duen GaN erdieroaleen balio-katean,GaN epitaxia, gailuen diseinua eta fabrikazioa, substratuak oinarrizko osagai gisa balio du. GaN da, berez, substratu gisa zerbitzatzeko material egokienaGaN epitaxiaHazkuntza prozesu homogeneo batekin duen berezko bateragarritasunagatik hazten da. Honek esfortzu-maila minimoa bermatzen du materialen propietateen desberdintasunak direla eta, eta ondorioz, kalitate handiagoko geruza epitaxialak sortzen dira substratu heterogeneoetan hazitakoekin alderatuta. GaN substratu gisa erabiliz, kalitate handiko GaN epistemologia ekoitzi daiteke, barnean akatsen dentsitatea mila faktorez murriztuta zafiroa bezalako substratuekin alderatuta. Honek LED-en juntura-tenperatura nabarmen murrizten laguntzen du eta azalera-unitateko lumenen hamar aldiz hobetzea ahalbidetzen du.

Hala ere, GaN gailuen ohiko substratua ez dira GaN kristal bakarrekoak, hazkuntzarekin lotutako zailtasunagatik. GaN kristal bakarreko hazkundearen aurrerapena material erdieroale konbentzionaletan baino nabarmen motelagoa izan da. Erronka luzangak eta errentagarriak diren GaN kristalak lantzean datza. GaN-ren lehen sintesia 1932an gertatu zen, materiala hazteko amoniakoa eta metalezko galio hutsa erabiliz. Orduz geroztik, ikerketa zabala egin da GaN kristal bakarreko materialei buruz, baina erronkak geratzen dira. GaN-k presio arruntean urtzeko ezintasunak, tenperatura altuetan Ga eta nitrogeno (N2) deskonposatzeak eta 2.300 gradu Celsius-eko urtze-puntuan 6 gigapaskal (GPa) iristen den deskonpresio-presioak zaildu egiten dute lehendik dauden hazkuntza-ekipoei egokitzea. GaN kristal bakarren sintesia hain presio altuetan. Urtuta hazteko metodo tradizionalak ezin dira erabili GaN kristal bakarreko hazkuntzarako, beraz, epitaxirako substratu heterogeneoak erabiltzea beharrezkoa da. GaN oinarritutako gailuen egungo egoeran, hazkuntza normalean silizioa, silizio-karburoa eta zafiroa bezalako substratuetan egiten da, GaN substratu homogeneo bat erabili beharrean, GaN gailu epitaxialen garapena oztopatzen eta substratu homogeneoa behar duten aplikazioak oztopatzen ditu. hazitako gailua.

GaN epitaxian hainbat substratu mota erabiltzen dira:

1. Zafiroa:Zafiroa, edo α-Al2O3, LEDentzako substratu komertzial hedatuena da, LED merkatuaren zati garrantzitsu bat harrapatzen duena. Bere erabilera abantaila paregabeengatik iragartzen zen, batez ere GaN epitaxiaren hazkundearen testuinguruan, zeinak dislokazio-dentsitate baxua duten filmak ekoizten baititu silizio-karburoko substratuetan hazten direnak. Sapphire-ren fabrikazioak urtze-hazkundea dakar, prozesu heldua, kalitate handiko kristal bakarreak ekoiztea ahalbidetzen duena kostu txikiagoan eta tamaina handiagoetan, aplikazio industrialetarako egokiak. Ondorioz, zafiroa LED industriako substraturik lehen eta nagusienetako bat da.

2. Silizio karburoa:Silizio karburoa (SiC) laugarren belaunaldiko material erdieroalea da, eta LED substratuen merkatu-kuotaren bigarren postuan dago, zafiroaren ondoren. SiC bere kristal forma anitzak ditu, nagusiki hiru kategoriatan sailkatuta: kubikoa (3C-SiC), hexagonala (4H-SiC) eta erronboedrikoa (15R-SiC). SiC kristal gehienak 3C, 4H eta 6H dira, eta 4H eta 6H-SiC motak GaN gailuetarako substratu gisa erabiltzen dira.

Silizio karburoa aukera bikaina da LED substratu gisa. Hala ere, kalitate handiko SiC kristal bakarreko ekoizpenak erronka izaten jarraitzen du, eta materialaren geruzadun egiturak mozketarako joera du, eta horrek bere osotasun mekanikoa eragiten du, geruza epitaxialaren kalitatean eragina duten gainazaleko akatsak sartuz. Kristal bakarreko SiC substratu baten kostua tamaina bereko zafiro substratu batena baino hainbat aldiz handiagoa da, eta bere aplikazio zabala mugatzen du bere prezio premiumengatik.

Semicorex  850 V-ko potentzia handiko GaN-on-Si Epi Wafer

3. Kristal bakarreko silizioa:Silizioa, gehien erabiltzen den eta industrialki ezarritako material erdieroalea izanik, oinarri sendoa eskaintzen du GaN substratu epitaxialak ekoizteko. Kristal bakarreko silizio-hazkuntza-teknika aurreratuen erabilgarritasunak kalitate handiko 6 eta 12 hazbeteko substratuen ekoizpen errentagarria eta eskala handikoa bermatzen du. Horrek LEDen kostua nabarmen murrizten du eta LED txipak eta zirkuitu integratuak integratzeko bidea irekitzen du kristal bakarreko siliziozko substratuen erabileraren bidez, miniaturizazioan aurrerapenak bultzatuz. Gainera, gaur egun LED substratu ohikoena den zafiroarekin alderatuta, silizioan oinarritutako gailuek abantailak eskaintzen dituzte eroankortasun termikoari, eroankortasun elektrikoari, egitura bertikalak egiteko gaitasunari eta potentzia handiko LED fabrikaziorako hobeto egokitzeko.**