ఎందుకు Gllium నైట్రైడ్ (GaN) ఎపిటాక్సీ GaN సబ్‌స్ట్రేట్‌లో పెరగదు?

యొక్క పెరుగుదలGaN ఎపిటాక్సీసిలికాన్‌తో పోల్చినప్పుడు మెటీరియల్ యొక్క ఉన్నతమైన లక్షణాలు ఉన్నప్పటికీ, GaN సబ్‌స్ట్రేట్ ఒక ప్రత్యేకమైన సవాలును అందిస్తుంది.GaN ఎపిటాక్సీసిలికాన్-ఆధారిత పదార్థాలపై బ్యాండ్ గ్యాప్ వెడల్పు, ఉష్ణ వాహకత మరియు బ్రేక్‌డౌన్ ఎలక్ట్రిక్ ఫీల్డ్ పరంగా గణనీయమైన ప్రయోజనాలను అందిస్తుంది. ఇది మూడవ తరం సెమీకండక్టర్‌లకు వెన్నెముకగా GaNని స్వీకరించడం, ఇది మెరుగైన శీతలీకరణ, తక్కువ ప్రసరణ నష్టం మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రతలు మరియు పౌనఃపున్యాల క్రింద మెరుగైన పనితీరును అందిస్తుంది, ఫోటోనిక్ మరియు మైక్రో-ఎలక్ట్రానిక్ పరిశ్రమలకు ఆశాజనకమైన మరియు కీలకమైన పురోగతి.

GaN, ప్రాథమిక మూడవ తరం సెమీకండక్టర్ మెటీరియల్‌గా, ప్రత్యేకించి దాని విస్తృత అన్వయత కారణంగా ప్రకాశిస్తుంది మరియు సిలికాన్‌ను అనుసరించి అత్యంత ముఖ్యమైన పదార్థాలలో ఒకటిగా పరిగణించబడుతుంది. GaN పవర్ పరికరాలు ప్రస్తుత సిలికాన్-ఆధారిత పరికరాలతో పోల్చితే, అధిక క్లిష్టమైన విద్యుత్ క్షేత్ర బలం, తక్కువ ఆన్-రెసిస్టెన్స్ మరియు వేగవంతమైన స్విచింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీలు వంటి అత్యుత్తమ లక్షణాలను ప్రదర్శిస్తాయి, ఇది అధిక కార్యాచరణ ఉష్ణోగ్రతల క్రింద మెరుగైన సిస్టమ్ సామర్థ్యం మరియు పనితీరుకు దారి తీస్తుంది.

GaN సెమీకండక్టర్ విలువ గొలుసులో, ఇందులో సబ్‌స్ట్రేట్ ఉంటుంది,GaN ఎపిటాక్సీ, పరికర రూపకల్పన మరియు తయారీ, సబ్‌స్ట్రేట్ పునాది భాగం వలె పనిచేస్తుంది. GaN సహజంగానే సబ్‌స్ట్రేట్‌గా పనిచేయడానికి అత్యంత అనుకూలమైన పదార్థంGaN ఎపిటాక్సీసజాతీయ వృద్ధి ప్రక్రియతో దాని అంతర్గత అనుకూలత కారణంగా పెరుగుతుంది. ఇది మెటీరియల్ ప్రాపర్టీస్‌లో అసమానతల కారణంగా కనిష్ట స్థాయి ఒత్తిడిని నిర్ధారిస్తుంది, దీని ఫలితంగా భిన్నమైన ఉపరితలాలపై పెరిగిన వాటితో పోలిస్తే అత్యుత్తమ నాణ్యత కలిగిన ఎపిటాక్సియల్ పొరలు ఉత్పత్తి అవుతాయి. GaNని సబ్‌స్ట్రేట్‌గా ఉపయోగించడం ద్వారా, నీలమణి వంటి సబ్‌స్ట్రేట్‌లతో పోల్చితే అంతర్గతంగా లోపం సాంద్రత వెయ్యి కారకం తగ్గడంతో, అధిక-నాణ్యత గల GaN ఎపిస్టెమాలజీని ఉత్పత్తి చేయవచ్చు. ఇది LED ల జంక్షన్ ఉష్ణోగ్రతలో గణనీయమైన తగ్గింపుకు దోహదపడుతుంది మరియు యూనిట్ ప్రాంతానికి ల్యూమెన్‌లలో పదిరెట్లు వృద్ధిని అనుమతిస్తుంది.

అయినప్పటికీ, GaN పరికరాల యొక్క సాంప్రదాయిక సబ్‌స్ట్రేట్ వాటి పెరుగుదలతో ముడిపడి ఉన్న కష్టం కారణంగా GaN సింగిల్ స్ఫటికాలు కాదు. సాంప్రదాయ సెమీకండక్టర్ మెటీరియల్స్ కంటే GaN సింగిల్ క్రిస్టల్ వృద్ధిలో పురోగతి గణనీయంగా నెమ్మదిగా ఉంది. పొడవైన మరియు తక్కువ ఖర్చుతో కూడిన GaN స్ఫటికాల సాగులో సవాలు ఉంది. GaN యొక్క మొదటి సంశ్లేషణ 1932లో జరిగింది, పదార్థాన్ని పెంచడానికి అమ్మోనియా మరియు స్వచ్ఛమైన మెటల్ గాలియం ఉపయోగించి. అప్పటి నుండి, GaN సింగిల్ క్రిస్టల్ మెటీరియల్స్‌పై విస్తృతమైన పరిశోధనలు జరిగాయి, అయినప్పటికీ సవాళ్లు మిగిలి ఉన్నాయి. GaN సాధారణ పీడనం కింద కరగలేకపోవడం, ఎత్తైన ఉష్ణోగ్రతల వద్ద Ga మరియు నైట్రోజన్ (N2)లోకి కుళ్ళిపోవడం మరియు 2,300 డిగ్రీల సెల్సియస్ ద్రవీభవన స్థానం వద్ద 6 గిగాపాస్కల్ (GPa)కి చేరే దాని డికంప్రెషన్ పీడనం, ప్రస్తుత వృద్ధి పరికరాలకు అనుగుణంగా కష్టతరం చేస్తుంది. అటువంటి అధిక పీడనాల వద్ద GaN సింగిల్ స్ఫటికాల సంశ్లేషణ. GaN సింగిల్ క్రిస్టల్ గ్రోత్ కోసం సాంప్రదాయ కరిగే వృద్ధి పద్ధతులను ఉపయోగించడం సాధ్యం కాదు, తద్వారా ఎపిటాక్సీ కోసం భిన్నమైన ఉపరితలాలను ఉపయోగించడం అవసరం. GaN-ఆధారిత పరికరాల ప్రస్తుత స్థితిలో, పెరుగుదల సాధారణంగా సిలికాన్, సిలికాన్ కార్బైడ్ మరియు నీలమణి వంటి ఉపరితలాలపై నిర్వహించబడుతుంది, ఇది ఒక సజాతీయ GaN సబ్‌స్ట్రేట్‌ని ఉపయోగించడం కంటే, GaN ఎపిటాక్సియల్ పరికరాల అభివృద్ధికి ఆటంకం కలిగిస్తుంది మరియు సజాతీయ ఉపరితలం అవసరమయ్యే అనువర్తనాలను అడ్డుకుంటుంది- పెరిగిన పరికరం.

GaN ఎపిటాక్సీలో అనేక రకాల సబ్‌స్ట్రేట్‌లు ఉపయోగించబడతాయి:

1. నీలమణి:నీలమణి, లేదా α-Al2O3, LED మార్కెట్‌లో గణనీయమైన భాగాన్ని సంగ్రహించే LED లకు అత్యంత విస్తృతమైన వాణిజ్య ఉపరితలం. దీని ఉపయోగం దాని ప్రత్యేక ప్రయోజనాల కోసం ప్రకటించబడింది, ప్రత్యేకించి GaN ఎపిటాక్సియల్ పెరుగుదల సందర్భంలో, ఇది సిలికాన్ కార్బైడ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లపై పెరిగిన వాటితో సమానంగా తక్కువ డిస్‌లోకేషన్ డెన్సిటీతో ఫిల్మ్‌లను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. నీలమణి తయారీలో మెల్ట్ గ్రోత్ ఉంటుంది, ఇది పారిశ్రామిక అనువర్తనానికి అనువైన తక్కువ ఖర్చులు మరియు పెద్ద పరిమాణాలలో అధిక-నాణ్యత సింగిల్ క్రిస్టల్‌ల ఉత్పత్తిని ప్రారంభించే పరిపక్వ ప్రక్రియ. ఫలితంగా, నీలమణి LED పరిశ్రమలో తొలి మరియు అత్యంత ప్రబలమైన సబ్‌స్ట్రేట్‌లలో ఒకటి.

2. సిలికాన్ కార్బైడ్:సిలికాన్ కార్బైడ్ (SiC) అనేది నాల్గవ తరం సెమీకండక్టర్ పదార్థం, ఇది నీలమణిని అనుసరించి LED సబ్‌స్ట్రేట్‌ల మార్కెట్ వాటాలో రెండవ స్థానంలో ఉంది. SiC దాని విభిన్న క్రిస్టల్ రూపాల ద్వారా వర్గీకరించబడుతుంది, ప్రధానంగా మూడు వర్గాలుగా వర్గీకరించబడింది: క్యూబిక్ (3C-SiC), షట్కోణ (4H-SiC) మరియు రోంబోహెడ్రల్ (15R-SiC). SiC స్ఫటికాలలో ఎక్కువ భాగం 3C, 4H మరియు 6H, 4H మరియు 6H-SiC రకాలు GaN పరికరాలకు సబ్‌స్ట్రేట్‌లుగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి.

LED సబ్‌స్ట్రేట్‌గా సిలికాన్ కార్బైడ్ అద్భుతమైన ఎంపిక. అయినప్పటికీ, అధిక-నాణ్యత, గణనీయమైన SiC సింగిల్ స్ఫటికాల ఉత్పత్తి సవాలుగా ఉంది మరియు పదార్థం యొక్క లేయర్డ్ నిర్మాణం చీలికకు గురయ్యేలా చేస్తుంది, ఇది దాని యాంత్రిక సమగ్రతను ప్రభావితం చేస్తుంది, ఎపిటాక్సియల్ పొర నాణ్యతను ప్రభావితం చేసే ఉపరితల లోపాలను సంభావ్యంగా పరిచయం చేస్తుంది. ఒకే క్రిస్టల్ SiC సబ్‌స్ట్రేట్ ధర అదే పరిమాణంలోని నీలమణి సబ్‌స్ట్రేట్ కంటే దాదాపు చాలా రెట్లు ఎక్కువ, దాని ప్రీమియం ధర కారణంగా దాని విస్తృతమైన అప్లికేషన్‌ను పరిమితం చేస్తుంది.

సెమికోరెక్స్  850V హై పవర్ GaN-on-Si ఎపి వేఫర్

3. సింగిల్ క్రిస్టల్ సిలికాన్:సిలికాన్, అత్యంత విస్తృతంగా ఉపయోగించే మరియు పారిశ్రామికంగా స్థాపించబడిన సెమీకండక్టర్ పదార్థం, GaN ఎపిటాక్సియల్ సబ్‌స్ట్రేట్‌ల ఉత్పత్తికి గట్టి పునాదిని అందిస్తుంది. అధునాతన సింగిల్ క్రిస్టల్ సిలికాన్ గ్రోత్ టెక్నిక్‌ల లభ్యత ఖర్చుతో కూడుకున్న, అధిక-నాణ్యత, 6 నుండి 12 అంగుళాల సబ్‌స్ట్రేట్‌ల భారీ-స్థాయి ఉత్పత్తిని నిర్ధారిస్తుంది. ఇది LED ల ధరను గణనీయంగా తగ్గిస్తుంది మరియు సింగిల్ క్రిస్టల్ సిలికాన్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లను ఉపయోగించడం ద్వారా LED చిప్స్ మరియు ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్‌ల ఏకీకరణకు మార్గం సుగమం చేస్తుంది, సూక్ష్మీకరణలో పురోగతిని పెంచుతుంది. ఇంకా, ప్రస్తుతం అత్యంత సాధారణ LED సబ్‌స్ట్రేట్ అయిన నీలమణితో పోలిస్తే, సిలికాన్-ఆధారిత పరికరాలు ఉష్ణ వాహకత, విద్యుత్ వాహకత, నిలువు నిర్మాణాలను రూపొందించే సామర్థ్యం మరియు అధిక శక్తి LED తయారీకి బాగా సరిపోయే పరంగా ప్రయోజనాలను అందిస్తాయి.**