Metody osadzania materiałów AIII-N na podłożu krzemowym

Abstract

Materiały AIII-N znajdują szerokie zastosowanie we współczesnej elektronice. Dzięki swoim unikalnym własnością wykorzystywane są do wytwarzania elementów niebieskiej optoelektroniki, pracujących w obszarze od światła widzialnego do ultrafioletu, oraz elektroniki wysokiej częstotliwości i mocy. Brak wielkogabarytowych monokrystalicznych podłoży GaN powoduje, że przyrządowe wielowarstwy azotków osadzane są na heteroepitaksjalnych podłożach: szafirze i węgliku krzemu. Opracowanie technologii osadzania warstw azotków na podłożach krzemowych umożliwi poszerzenie obszaru zastosowań tych elementów oraz zmniejszy koszty ich wytwarzania. Na Wydziale Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechniki Wrocławskiej od szeregu lat prowadzone są badania nad epitaksją GaN/Si. W artykule przedstawiono rezultaty badań. Przedyskutowano metody wytwarzania warstw GaN/Si oraz zaprezentowano parametry wykonanych przyrządów.
Autor: Mateusz WOŚKO (opiekun dr hab. inż. Regina PASZKIEWICZ)

WSTĘP

Azotki trzeciej grupy układu okresowego (związki (Al,Ga,In)N) znajdują zastosowanie w wielu gałęziach, elektroniki i optoelektroniki. Wykorzystywane są do produkcji przyrządów narażonych na destrukcyjne wpływy środowiskowe (wysoką temperaturę, związki kancerogenne) oraz elementów elektronicznych dużej mocy, pracujących przy wysokich częstotliwościach. Azotki są również stosowane w tzw. niebieskiej optoelektronice a także w układach zintegrowanych OEIC i MOEMS. Właściwości azotków, takie jak: szeroka przerwa wzbroniona, stabilność termiczna i chemiczna, dobra przewodność cieplna oraz twardość decydują o ich przydatności w optoelektronice, telekomunikacji bezprzewodowej, energetyce, przemyśle motoryzacyjnym i medycynie.

Wykorzystanie krzemu jako podłoża przy epitaksji azotków trzeciej grupy układu okresowego ma wiele zalet. Obecnie, najczęściej stosowane są podłoża szafirowe i SiC ponieważ mają one taką samą strukturę krystaliczną jak azotki – strukturę wurcytu. Podłoża te mają wady związane z wysokimi kosztami produkcji oraz trudnościami integracji z technologią krzemową. Osadzanie azotków na krzemie umożliwi integrację elementów wykonanych z tych materiałów w jednym układzie scalonym. W chwili obecnej krzem jest najpowszechniej stosowanym w mikroelektronice materiałem półprzewodnikowym. Rozwinięta technologia, dobre parametry elektryczne i mechaniczne, wszechstronność zastosowań oraz niski koszt decydują o atrakcyjności podłoży krzemowych przy epitaksji związków AIII-N. Pomimo wielu zalet, osadzanie azotków trzeciej grupy układu okresowego na tych podłożach jest złożone i wymaga stosowania specjalnych technik.