Przewodzące struktury GaN/AlGaN/SiC do konstrukcji nowych generacji elektronicznych przyrządów wertykalnych

Przyrządy elektroniczne (tranzystory, LEDy, diody laserowe, diody p-i-n) na bazie półprzewodników azotkowych AlN-GaN-InN tworzą olbrzymie masowe i niszowe rynki, jednak w porównaniu z innymi półprzewodnikami (Si-Ge, AlAs-GaAs-InAs-AlP-GaP-InP) ich technologia jest znacznie trudniejsza z powodu braku sieciowo-dopasowanych tanich i dużych podłoży do epitaksji.Najbardziej popularne podejście to stosowanie obcych podłoży: Si oraz szafiru z niedopasowaniem sieciowym do GaN ponad 15%, relaksowanym przez bardzo dużą gęstość dyslokacji (ponad 10^8cm-2). Te dwa obce podłoża są niezwykle tanie (poniżej 1 Eur za cm2) oraz są produkowane jako krążki o średnicach 20 cm. Wszystkie białe LEDy i duża część tranzystorów azotkowych jest hodowana na takich podłożach.Jednak wiele przyrządów azotkowych (diody laserowe, wertykalne tranzystory) wymaga dużo mniejszych gęstości dyslokacji i wtedy stosuje się podłoża GaN. Ich technologia jednak jest niezwykle trudna i dlatego ich cena jest bardzo wysoka (ok. 200 Eur/cm2), a średnica typowa wynosi 5 cm (powoli wprowadzane są też krążki o średnicy 10 cm). W przypadku przyrządów opartych o AlGaN z dużą zawartością Al (np., emitery UV) stosowane są jeszcze droższe podłoża AlN.Podłożem, które jest kompromisem między tanimi i dużymi podłożami obcymi (szafir, Si) dającymi bardzo dużą gęstość dyslokacji w warstwach AlGaInN, a małymi i drogimi podłożami GaN, AlN z małą gęstością dyslokacji jest węglik krzemu.SiC ma niedopasowanie sieciowe do GaN (3,5%) i do AlN (1%) znacznie mniejsze niż krzem i szafir, dlatego gęstość dyslokacji w warstwach AlGaInN na SiC może być na poziomie 10^6cm-2. Cena przewodzącego podłoża SiC jest 10 razy mniejsza niż podłoży GaN, a dodatkowo, podłoża te są już obecnie produkowane jako krążki o średnicy 15 cm i 20 cm.Najlepsze i najdroższe przyrządy elektroniczne są i będą produkowane na podłożach GaN i AlN, masowe i najtańsze przyrządy na podłożach Si i szafir, natomiast bardzo wiele przyrządów mogłoby być hodowane na podłożach SiC.Jednak podłoża te mają jedną zasadniczą wadę, która uniemożliwia wykonanie jakichkolwiek przyrządów wertykalnych, w których prąd płynie z góry na dół. Wada ta wynika z obecnej technologii nakładania warstw AlGaInN na SiC. Otóż warstwy te są poprzedzone buforem AlN, który ma najmniejsze niedopasowanie sieciowe do SiC. Bufor ten jest całkowicie izolujący, co uniemożliwia wertykalny przepływ prądu.W proponowanym Projekcie opracujemy technologię wykonywania bufora przewodzącego AlGaN:Si na podłożu SiC. W tym celu zoptymalizujemy warunki wzrostu w reaktorze MOVPE (metalorganic chemical vapour phase epitaxy) takiego bufora, a w szczególności, dobierzemy przepływy reagentów, temperaturę i ciśnienie wzrostu, dezorientację podłoży SiC. Celem optymalizacji będzie dobra przewodność elektryczna bufora i jak najmniejsza gęstość dyslokacji w warstwie GaN wyhodowanej na buforze AlGaN:Si.Opracowana technologia umożliwi produkcję epitaksjalnych struktur przyrządowych (wertykalnych tranzystorów, diod p-i-n, ale również diod laserowych i innych) na SiC, poszerzając znacznie ofertę Wnioskodawcy Projektu, firmy SEEN Semiconductors.