Бесподложечная технология производства приборов на основе GaN
Одной из главных проблем в производстве приборов на основе GaN является низкое качество приборных слоев, вызванное использованием чужеродных подложек, таких как карбид кремния (SiC), сапфир (Al2O3) и кремний (Si). Существенное рассогласование кристаллических решеток подложки и эпитаксиального слоя приводит к возникновению в активных слоях приборной структуры дислокаций, плотность которых достигает 108—109 см-2. Это приводит к ухудшению параметров эпитаксиальных слоев:
- дислокации провоцируют возникновение макродефектов и неоднородностей состава квантово-размерных слоев;
- уменьшается теплопроводность, что затрудняет отвод тепла от активной структуры;
- уменьшается подвижность носителей в том числе и в HEMT структурах;
- увеличиваются токи утечки барьеров Шоттки, p-n-переходов, и компенсированных полуизолирующих слоев;
- уменьшается напряжение пробоя;
- ускоряется деградация приборных структур.
Кроме того использование чужеродных подложек приводит к изгибу и растрескиванию пластин, вследствие разницы в температурных коэффициентах расширения материалов эпитаксиального слоя и материала подложки.
Использование подложки из объемного бездефектного GaN позволяет решить все перечисленные выше проблемы:
- плотность дислокаций в эпитаксиальном слое на подложке GaN не превышает плотности дислокаций в подложке;
- отсутствуют изгиб и растрескивание, вызванные несоответствием коэффициентов теплового расширения;
- теплопроводность GaN сравнима с теплопроводностью карбида кремния, при этом отсутствует интерфейсный слой между эпитаксиальным слоем и подложкой, затрудняющий отвод тепла;
- упрощается процесс эпитаксии приборной структуры.
В совокупности это позволяет создавать приборные структуры, превосходящие по своим параметрам приборы, выращенные на чужеродных подложках.
Подложки из объемного GaN пока не вытеснили с рынка чужеродные подложки главным образом вследствие высокой их стоимости, связанной со сложностью процессов выращивания объемных кристаллов нитрида галлия.
Существенно снизить себестоимость можно, если перейти от использования в качестве подложек объемных кристаллов к тонким GaN пленкам, изготовленным из объемных кристаллов и сохраняющих их кристаллическое совершенство.
Для этого нами предложен метод отделения тонкой пленки от объемного кристалла GaN с помощью лазера, и основанная на нем бесподложечная технология :