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 :