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大面积(100)硅片上立方氮化镓芯片

2022/8/3 13:41:00      材料来源:化合物半导体

 
氮化镓(GaN)及其合金(即III族氮化物半导体)是固态照明、下一代射频和电力电子的支柱。今天,该材料系统的大多数研究和开发都集中在其传统的六方相(即纤锌矿),尽管其立方(即闪锌矿)相具有更多的固有优势,例如:在<100>生长方向没有极化,带隙更小、电子重空穴有效质量更小,俄歇损耗更小、光学增益更大、较短的辐射复合寿命、较低的p掺杂激活能、较高的空穴迁移率和较大的导带偏移。因此,立方III族氮化物半导体可能实现下一代器件,例如无效率下降的III族氮化物可见光发光二极管(LED)和原生、常关型AlGaN/GaN功率晶体管。然而,由于立方GaN的亚稳定性,其合成一直不是一项容易的任务。
 
在大面积(约1 cm2)U型槽硅(100)片芯上实现了立方氮化镓外延。(顶行)U型槽硅(100)和(中行)立方GaN顶部(从左到右)的横截面示意图、俯视照片、俯视SEM图像和的横截面SEM图像。(底行)立方GaN结构表征。(从左到右)显示了相位映射、敲击模式AFM和亮场顶视图STEM图像。平面图显示,立方GaN表面没有穿线位错或其他类型的位错。观察到密度为3.27±0.18±104cm-1的层错。
 
在Appl. Phys. Lett. 121, 032101 (2022) (EDITOR'S PICK 2022)中,报告了一项III氮化物材料的突破:在可扩展硅平台上合成低缺陷密度、稳定和纯立方GaN。他们研究了其结构和光学性质,并通过温度相关和时间分辨光致发光测量证明了高内部量子效率约为26%。他们进一步确定了光学缺陷水平,并报告了一种选择性蚀刻技术。在该技术中,他们可以选择性地去除六方氮化镓,不仅将效率提高到约32%,而且还指出了实现连续立方GaN膜的潜在途径。总的来说,这为创造下一代基于立方相的III氮化物器件提供了令人鼓舞的基石。
 
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