ເປັນຫຍັງ Gllium Nitride (GaN) Epitaxy ບໍ່ຈະເລີນເຕີບໂຕຢູ່ເທິງຊັ້ນຍ່ອຍ GaN?

ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງGaN epitaxyon GaN substrate ສະເຫນີສິ່ງທ້າທາຍທີ່ເປັນເອກະລັກ, ເຖິງວ່າຈະມີຄຸນສົມບັດດີກວ່າຂອງວັດສະດຸເມື່ອປຽບທຽບກັບຊິລິໂຄນ.GaN epitaxyສະເຫນີຂໍ້ໄດ້ປຽບທີ່ສໍາຄັນໃນແງ່ຂອງຄວາມກວ້າງຂອງຊ່ອງຫວ່າງແຖບ, ການນໍາຄວາມຮ້ອນ, ແລະການທໍາລາຍພາກສະຫນາມໄຟຟ້າຫຼາຍກວ່າວັດສະດຸທີ່ໃຊ້ຊິລິໂຄນ. ນີ້ເຮັດໃຫ້ການຮັບຮອງເອົາ GaN ເປັນກະດູກສັນຫຼັງສໍາລັບການຜະລິດ semiconductors ຮຸ່ນທີສາມ, ເຊິ່ງສະຫນອງຄວາມເຢັນທີ່ປັບປຸງ, ການສູນເສຍການນໍາຕ່ໍາ, ແລະການປັບປຸງການປະຕິບັດພາຍໃຕ້ອຸນຫະພູມແລະຄວາມຖີ່ສູງ, ເປັນຄວາມກ້າວຫນ້າທີ່ໂດດເດັ່ນແລະສໍາຄັນສໍາລັບອຸດສາຫະກໍາໂຟໂຕນິກແລະຈຸນລະພາກໄຟຟ້າ.

GaN, ເປັນວັດສະດຸ semiconductor ຮຸ່ນທີສາມຕົ້ນຕໍ, ໂດຍສະເພາະແມ່ນການສ່ອງແສງເນື່ອງຈາກການນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງຂອງຕົນແລະໄດ້ຮັບການຖືວ່າເປັນຫນຶ່ງໃນວັດສະດຸທີ່ສໍາຄັນທີ່ສຸດດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້ຊິລິຄອນ. ອຸປະກອນພະລັງງານ GaN ສະແດງໃຫ້ເຫັນລັກສະນະທີ່ເຫນືອກວ່າເມື່ອທຽບໃສ່ກັບອຸປະກອນທີ່ໃຊ້ຊິລິໂຄນໃນປະຈຸບັນ, ເຊັ່ນ: ຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງພາກສະຫນາມໄຟຟ້າທີ່ສໍາຄັນ, ຄວາມຕ້ານທານຕ່ໍາ, ແລະຄວາມຖີ່ຂອງການສະຫຼັບໄວ, ນໍາໄປສູ່ການປັບປຸງປະສິດທິພາບຂອງລະບົບແລະການປະຕິບັດພາຍໃຕ້ອຸນຫະພູມການເຮັດວຽກສູງ.

ໃນລະບົບຕ່ອງໂສ້ມູນຄ່າ GaN semiconductor, ເຊິ່ງປະກອບມີ substrate,GaN epitaxy, ການອອກແບບອຸປະກອນ, ແລະການຜະລິດ, substrate ເຮັດຫນ້າທີ່ເປັນອົງປະກອບພື້ນຖານ. GaN ຕາມທໍາມະຊາດແມ່ນອຸປະກອນການທີ່ເຫມາະສົມທີ່ສຸດສໍາລັບການຮັບໃຊ້ເປັນ substrate ທີ່GaN epitaxyແມ່ນການຂະຫຍາຍຕົວອັນເນື່ອງມາຈາກຄວາມເຂົ້າກັນໄດ້ພາຍໃນຕົວຂອງມັນເອງກັບຂະບວນການການຂະຫຍາຍຕົວທີ່ເປັນເອກະພາບ. ນີ້ຮັບປະກັນລະດັບຄວາມກົດດັນຫນ້ອຍທີ່ສຸດເນື່ອງຈາກຄວາມແຕກຕ່າງກັນໃນຄຸນສົມບັດຂອງວັດສະດຸ, ເຮັດໃຫ້ການຜະລິດຂອງຊັ້ນ epitaxial ມີຄຸນນະພາບດີກວ່າເມື່ອທຽບກັບທີ່ປູກໃນ substrates heterogenous. ໂດຍການນໍາໃຊ້ GaN ເປັນ substrate, epistemology GaN ທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງສາມາດຜະລິດໄດ້, ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງຂໍ້ບົກພ່ອງພາຍໃນຫຼຸດລົງໂດຍປັດໃຈຫນຶ່ງພັນເມື່ອທຽບກັບ substrates ເຊັ່ນ sapphire. ນີ້ປະກອບສ່ວນເຂົ້າໃນການຫຼຸດລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໃນອຸນຫະພູມຈຸດເຊື່ອມຕໍ່ຂອງ LEDs ແລະເຮັດໃຫ້ການເພີ່ມປະສິດທິພາບສິບເທົ່າໃນ lumens ຕໍ່ພື້ນທີ່ຫນ່ວຍ.

ຢ່າງໃດກໍຕາມ, substrate ທໍາມະດາຂອງອຸປະກອນ GaN ບໍ່ແມ່ນ GaN ໄປເຊຍກັນດຽວເນື່ອງຈາກຄວາມຫຍຸ້ງຍາກທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການຂະຫຍາຍຕົວຂອງເຂົາເຈົ້າ. ຄວາມກ້າວຫນ້າຂອງການຂະຫຍາຍຕົວຂອງໄປເຊຍກັນດຽວ GaN ມີຄວາມກ້າວຫນ້າຊ້າກວ່າວັດສະດຸ semiconductor ທໍາມະດາ. ສິ່ງທ້າທາຍແມ່ນຢູ່ໃນການປູກຝັງຂອງໄປເຊຍກັນ GaN ທີ່ມີຄວາມຍາວແລະປະຫຍັດຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ. ການສັງເຄາະຄັ້ງທໍາອິດຂອງ GaN ເກີດຂຶ້ນໃນ 1932, ການນໍາໃຊ້ ammonia ແລະ gallium ໂລຫະບໍລິສຸດເພື່ອການຂະຫຍາຍຕົວອຸປະກອນການ. ຕັ້ງ​ແຕ່​ນັ້ນ​ມາ, ການ​ຄົ້ນ​ຄ​້​ວາ​ຢ່າງ​ກວ້າງ​ຂວາງ​ໄດ້​ຮັບ​ການ​ດໍາ​ເນີນ​ການ​ເຂົ້າ​ໄປ​ໃນ​ອຸ​ປະ​ກອນ​ການ​ໄປ​ເຊຍ​ກັນ GaN ດຽວ​, ແຕ່​ສິ່ງ​ທ້າ​ທາຍ​ຍັງ​ຄົງ​ຢູ່​. ຄວາມບໍ່ສາມາດຂອງ GaN ທີ່ຈະລະລາຍພາຍໃຕ້ຄວາມກົດດັນປົກກະຕິ, ການເນົ່າເປື່ອຍຂອງມັນເຂົ້າໄປໃນ Ga ແລະໄນໂຕຣເຈນ (N2) ໃນອຸນຫະພູມສູງ, ແລະຄວາມດັນ decompression ຂອງຕົນທີ່ບັນລຸ 6 gigapascal (Gpa) ໃນຈຸດລະລາຍຂອງ 2,300 ອົງສາເຊນຊຽດເຮັດໃຫ້ມັນຍາກສໍາລັບອຸປະກອນການຂະຫຍາຍຕົວທີ່ມີຢູ່ແລ້ວເພື່ອຮອງຮັບ. ການສັງເຄາະຂອງໄປເຊຍກັນດຽວ GaN ໃນຄວາມກົດດັນສູງດັ່ງກ່າວ. ວິທີການຈະເລີນເຕີບໂຕແບບລະລາຍແບບດັ້ງເດີມບໍ່ສາມາດໃຊ້ໄດ້ສໍາລັບການຂະຫຍາຍຕົວໄປເຊຍກັນຂອງ GaN, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຈໍາເປັນຕ້ອງໃຊ້ substrates heterogenous ສໍາລັບ epitaxy. ໃນສະພາບປັດຈຸບັນຂອງອຸປະກອນທີ່ອີງໃສ່ GaN, ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວການຂະຫຍາຍຕົວແມ່ນດໍາເນີນຢູ່ເທິງຊັ້ນຍ່ອຍເຊັ່ນຊິລິຄອນ, ຊິລິໂຄນຄາໄບ, ແລະ sapphire, ແທນທີ່ຈະໃຊ້ substrate GaN ທີ່ເປັນເອກະພາບ, ຂັດຂວາງການພັດທະນາອຸປະກອນ GaN epitaxial ແລະຂັດຂວາງຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ຕ້ອງການ substrate ດຽວກັນ. ອຸ​ປະ​ກອນ​ການ​ຂະ​ຫຍາຍ​ຕົວ​.

ຫຼາຍປະເພດຂອງ substrates ແມ່ນໃຊ້ໃນ GaN epitaxy:

1. Sapphire:Sapphire, ຫຼື α-Al2O3, ແມ່ນ substrate ການຄ້າທີ່ແຜ່ຂະຫຍາຍຫຼາຍທີ່ສຸດສໍາລັບ LEDs, ຈັບເອົາຊິ້ນສ່ວນທີ່ສໍາຄັນຂອງຕະຫຼາດ LED. ການນໍາໃຊ້ຂອງມັນຖືກປະກາດສໍາລັບຂໍ້ໄດ້ປຽບທີ່ເປັນເອກະລັກສະເພາະ, ໂດຍສະເພາະໃນແງ່ຂອງການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ epitaxial GaN, ເຊິ່ງຜະລິດຮູບເງົາທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງ dislocation ຕ່ໍາເທົ່າທຽມກັນກັບສິ່ງທີ່ປູກຢູ່ໃນ substrates silicon carbide. ການຜະລິດຂອງ Sapphire ກ່ຽວຂ້ອງກັບການເຕີບໂຕຂອງການລະລາຍ, ຂະບວນການແກ່ທີ່ຊ່ວຍໃຫ້ການຜະລິດໄປເຊຍກັນທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງດ້ວຍຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຕ່ໍາແລະຂະຫນາດທີ່ໃຫຍ່ກວ່າ, ເຫມາະສົມສໍາລັບການນໍາໃຊ້ອຸດສາຫະກໍາ. ດັ່ງນັ້ນ, sapphire ແມ່ນຫນຶ່ງໃນບັນດາ substrates ທີ່ໄວທີ່ສຸດແລະເປັນທີ່ນິຍົມທີ່ສຸດໃນອຸດສາຫະກໍາ LED.

2. Silicon Carbide:Silicon carbide (SiC) ແມ່ນວັດສະດຸ semiconductor ລຸ້ນທີ 4 ທີ່ຈັດອັນດັບທີ 2 ໃນສ່ວນແບ່ງຕະຫຼາດສໍາລັບ substrates LED, ດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້ sapphire. SiC ມີລັກສະນະຫຼາກຫຼາຍຊະນິດຂອງໄປເຊຍກັນ, ຕົ້ນຕໍຈັດປະເພດເປັນສາມປະເພດ: cubic (3C-SiC), hexagonal (4H-SiC), ແລະ rhombohedral (15R-SiC). ສ່ວນໃຫຍ່ຂອງໄປເຊຍກັນ SiC ແມ່ນ 3C, 4H, ແລະ 6H, ໂດຍມີປະເພດ 4H ແລະ 6H-SiC ຖືກນໍາໃຊ້ເປັນ substrates ສໍາລັບອຸປະກອນ GaN.

Silicon carbide ເປັນທາງເລືອກທີ່ດີເລີດເປັນ substrate LED. ເຖິງຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ການຜະລິດກ້ອນດຽວ SiC ທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງ, ຂະຫນາດໃຫຍ່ຍັງຄົງເປັນສິ່ງທ້າທາຍ, ແລະໂຄງສ້າງຊັ້ນຂອງວັດສະດຸເຮັດໃຫ້ມັນມີຄວາມສ່ຽງຕໍ່ການແຕກແຍກ, ເຊິ່ງມີຜົນກະທົບຕໍ່ຄວາມສົມບູນທາງດ້ານກົນຈັກ, ອາດຈະເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມຜິດປົກກະຕິຂອງພື້ນຜິວທີ່ມີຜົນກະທົບຕໍ່ຄຸນນະພາບຂອງຊັ້ນ epitaxial. ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຂອງ substrate SiC ໄປເຊຍກັນດຽວແມ່ນປະມານຫຼາຍເທົ່າຂອງ substrate sapphire ທີ່ມີຂະຫນາດດຽວກັນ, ຈໍາກັດການນໍາໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງຂອງຕົນເນື່ອງຈາກລາຄາທີ່ນິຍົມຂອງຕົນ.

Semicorex  850V ພະລັງງານສູງ GaN-on-Si Epi Wafer

3. Single Crystal Silicon:ຊິລິໂຄນ, ເປັນອຸປະກອນ semiconductor ທີ່ໃຊ້ຢ່າງກວ້າງຂວາງທີ່ສຸດແລະຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນໃນອຸດສາຫະກໍາ, ສະຫນອງພື້ນຖານທີ່ເຂັ້ມແຂງສໍາລັບການຜະລິດ substrates epitaxial GaN. ການມີເທກນິກການຂະຫຍາຍຕົວຂອງຊິລິໂຄນໄປເຊຍກັນແບບພິເສດໄດ້ຮັບປະກັນຄ່າໃຊ້ຈ່າຍທີ່ມີປະສິດທິພາບ, ການຜະລິດຂະຫນາດໃຫຍ່ທີ່ມີຄຸນນະພາບສູງ, 6 ຫາ 12 ນິ້ວ. ນີ້ຫຼຸດລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຄ່າໃຊ້ຈ່າຍຂອງ LEDs ແລະ paves ວິທີການສໍາລັບການລວມເອົາຊິບ LED ແລະວົງຈອນປະສົມປະສານໂດຍຜ່ານການນໍາໃຊ້ substrates ຊິລິໂຄນໄປເຊຍກັນດຽວ, ຂັບລົດຄວາມກ້າວຫນ້າໃນ miniaturization. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ເມື່ອປຽບທຽບກັບ sapphire, ເຊິ່ງເປັນ substrate LED ທົ່ວໄປທີ່ສຸດໃນປະຈຸບັນ, ອຸປະກອນທີ່ໃຊ້ຊິລິໂຄນໃຫ້ຂໍ້ດີໃນດ້ານການນໍາຄວາມຮ້ອນ, ການນໍາໄຟຟ້າ, ຄວາມສາມາດໃນການຜະລິດໂຄງສ້າງແນວຕັ້ງ, ແລະເຫມາະສໍາລັບການຜະລິດ LED ທີ່ມີພະລັງງານສູງ.**