ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ НИТРИДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
Аннотация
Рассмотрены основные тенденции в развитии технологии гетероструктур нитридных соединений для элементной базы СВЧ−техники и силовой электроники, а также светоизлучающих диодов. Отмечено, что важнейшим современным технологическим направлением является разработка гетероструктур нитридных соединений на подложках кремния. Рассмотрены основные проблемы гетероэпитаксии нитридных соединений на подложке кремния и пути их решения. Представлены некоторые результаты разработок технологии гетероструктур нитридных соединений на подложках кремния в ЗАО «Элма−Малахит». Гетерострукуры AlGaN/GaN/Si выращены МОС−гидридным методом. Показано, что предэпитаксиальная обработка подложек кремния и начальная стадия процесса выращивания, включающая предварительное покрытие поверхности Si алюминием при подаче в реактор потока ТМА, играют большую роль в формировании гетероструктур, свободных от трещин и с хорошей морфологией. В то же время установлено, что форма поверхности гетероструктур определяется главным образом композицией переходной области между зародышевым слоем AlN и слоем GaN. Транзисторы, изготовленные на основе выращенных гетероструктур AlGaN/GaN/Si, продемонстрировали приемлемые статические характеристики: максимальная плотность тока составила 800 мА/мм, пробивное напряжение — более 120 В, крутизна — 170 мСм/мм.
Показано, что для дальнейшего развития гетероструктур нитридных соединений на подложках кремния экспериментально−технологическую работу необходимо организовать в тесном взаимодействии с аналитическим прогнозированием и расчетами свойств выращиваемого материала методами математического моделирования. Такой подход поможет повысить результативность разработок технологии и углубит научные представления в отношении процессов, ответственных за формирование свойств гетероструктур.
Ключевые слова
нитрид галлия,
карбид кремния,
сапфир,
кремний,
гетероструктура,
подложка,
гетероэпитаксия,
технология.
Об авторах
А. А. Арендаренко
ЗАО «Элма–Малахит», проезд 4806, д. 2, стр. 4, Зеленоград, Москва, 124460, Россия
Россия
Россия
генеральный директор, кандидат техн. наук, старший научный сотрудник
В. А. Орешкин
ЗАО «Элма–Малахит», проезд 4806, д. 2, стр. 4, Зеленоград, Москва, 124460, Россия
Россия
Россия
начальник научно−производственной лаборатории
Ю. Н. Свешников
ЗАО «Элма–Малахит», проезд 4806, д. 2, стр. 4, Зеленоград, Москва, 124460, Россия
Россия
Россия
главный научный сотрудник, старший научный сотрудник, кандидат техн. наук
И. Н. Цыпленков
ЗАО «Элма–Малахит», проезд 4806, д. 2, стр. 4, Зеленоград, Москва, 124460, Россия
Россия
Россия
главный технолог, старший научный сотрудник, кандидат техн. наук
Список литературы
1. Okumura,H.Presentstatusandfutureprospectofwidegap semiconductor high−power devices/ H. Okumura // Jap. J. Appl. Phys. − 2006.− V. 45, N. 10A. − P. 7565—7586.
2. Anwar, A. Compound Semiconductor Markets: Current Status and Future. Report of Strategy Analytics. 2012. http://www. strategyanalytics.com
3. Azam, S. Comporizon of two GaN transistor technologies in droadband power amplifiers / S. Azam, C. Svensson , Q. Wahab, R. Jonsson // Microwave J. − 2010. − V. 53, N 4. − P. 184—192.
4. Sun,H.Ultrahigh−speedAlInN/GaNhighelectronmobility transistors grown on (111) high−resistivity silicon with FT = 143GHz / H.Sun,A.R.Alt,H.Benedickter,C.R.Bolognesi,E.Feltin,J.−F. Carlin,M.Gonschorek,N.Grandjean//Appl.Phys.Express.−2010.−V. 3. − P. 094101−1—094101−3.
5. Medjdoub, F. Effects of AlGaN back barrier on AlN/GaN− on−silicon high−electron−mobility transistors / F. Medjdoub, M. Zegaoui, B. Grimbert, N. Rolland, P.−A. Rolland // Appl. Phys. Express. − 2011. − V. 4. − P. 124101−1—124101−3.
6. Cheng, K. AlGaN/GaN/AlGaN double heterostructures grown on 200 mm silicon (111) substrates with high electron mobility / K. Cheng, H. Liang, M. Van Hove, K. Geens, B. De Jaeger, P. Srivastava, X. Kang, P. Favia, H. Bender, S. Decoutere, J. Dekoster, J. I. del Agua Bornique, S. W. Jun, H. Chung // Appl. Phys. Express − 2012. − V. 5. − P. 011002−1—011002−3.
7. Marcon, D. Excellent stability of GaN−on−Si high electron mobility transistors with 5 μmgate−drain spacing tested in off−state at a record drain voltage of 200 V and 200 °C / D. Marcon, M. Van Hove, D. Visalli, J. Derluyn, J. Das, F. Medjdoub, S. Degroote, M. Leys, K. Cheng, R. Mertens, M. Germain, G. Borghs // Jap. J. Appl. Phys. − 2010. − V. 49. − P. 04DF07−1—04DF07−4.
8. Application note AN−011: Substrates for GaN RF devices. − Nitronex corporation, 2008. http://www.richardsonrfpd.com/resources/RellDocuments/SYS_16/Nitronex_Substrates_for_GaN_ RF_Devices_App%20Notes.pdf
9. Ikeda,N.High−powerGaNHFETsonSisubstrate/N.Ikeda, J. Li, K. Kato, Sh. Kaya, T. Kazama, T. Kokawa, Y. Sato, M. Iwami,
10. T. Nomura, M. Masuda, S. Kato // Furukawa Rev. − 2008. − N 34. − P. 17—23.
11. Gajewski, D. A. HEMT MMIC technology on 100−mm 4H− SiC / D. A. Gajewski, S. Sheppard, T. McNulty, J. B. Barner, J. Milligan, J. Palmour // 26th Annual JEDEC ROCS Workshop. − Indian Wells (CA, USA), 2011. − P. 141—142.
12. Wallis, D. J. 2 dimensional electron gas uniformity of GaN HEMT layers on SiC / D. J. Wallis, P. J. Wright, D. E. J. Soley, L. Koker, M. J. Uren, T. Martin // J. Cryst. Growth. − 2012. − V. 338, N 1. − P. 125—128.
13. Krost, A. Blue optoelectronics in III—V Nitrides on Silicon / A. Krost, A. Dadgar // Acta Phisica Polonica A. − 2002. − V. 102, N 4−5. − P. 555—566.
14. Dadgar, A. Epitaxy of GaN LEDs on large substrates: Si or sapphire? / A. Dadgar, C. Hums, A. Diez, F. Schulze, J. Bläsing, A. Krost // Proc. of SPIE. − 2006. − V. 6355. − P. 63550R−1— 63550R−8.
15. Zhu, Y. High performance of GaN−based light emitting diodes grown on 4−in. Si(111) substrate / Y. Zhu, A. Watanabe, L. Lu, Z. Chen, T. Egawa // Jap. J. Appl. Phys. − 2011. − V. 50. − P. 04DG08− 1—04DG08−3.
16. Egawa, T. High performance InGaN LEDs on Si(111) substrates grown by MOCVD / T. Egawa, B. A. Bakar A. Shuhaimi // J. Phys. D: Appl. Phys. − 2010. − V. 43. − P. 354008 (8 pp).
17. GaN−on−Si. Report of Yole Development, 2014. http:// www.yole.fr
18. Briere, M. A. GaN based power devices: Cost−effective revolutionary performance / M. A. Briere // Power Electronics Europe. − 2008. − N 7. − P. 29—31
19. Baliga, B. J. Gallium nitride devices for power electronic applications / B. J. Baliga // Semicond. Sci. Technol. − 2013. − V. 28. − P. 074011.
20. Power GaN. Report of Yole Development, 2010. http:// www.yole.fr
21. Hageman, P. R. Growth of GaN epilayers on Si (111) substrates using multiple buffer layers / P. R. Hageman, S. Haffouz, A. Grzegorczk,V.Kirilyuk,P.K.Larsen//Mat.Res.Soc.Symp.Proc. − 2001. − V. 693. − P. 13.20.1—13.20.6.
22. Hsu,Y. P. Crack−free high−brightness InGaN/GaN LEDs on Si (111) with initial AlGaN buffer and two LT−Al interlayers / Y. P.Hsu,Y.P.Chang,W.S.Chen,J.K.Sheu,J.Y.Chu,C.T.Kuo// J. Electrochem. Soc. − 2007. − V. 154, N 3. − P. H191—H193.
23. Dadgar, A. Improving GaN−on−silicon properties for GaN device epitaxy / A. Dadgar, T. Hempel, J. Bläsing, O. Schulz, S. Fritze, J. Christen, A. Krost // Physica status solidi (c). − 2011. − V. 8, iss. 5. − P. 1503—1508.
24. Zhu,D.Low−costhigh−efficiencyGaNLEDonlarge−area Si substrate / D. Zhu, C. J. Humphreys // CS MANTECH Conf. − New Orleans (Louisiana, USA), 2013. − P. 269—272. http://www.csmantech. org/Digests/2013/papers/078.pdf
25. Cao,J.TheinfluenceoftheAlpre−depositionontheproperties of AlN buffer layer and GaN layer grown on Si (111) / J. Cao, Sh. Li, G. Fan, Y. Zhang, Y. Y. Zheng, J. Huang, J. Su // J. Crys. Growth. − 2010. − V. 312, N 14. − P. 2044—2048.
26. Арендаренко,А.А.Некоторыеособенностивыращивания гетероструктур AlGaN/GaN на подложках кремния для СВЧ− транзисторов / А. А. Арендаренко, И. Г. Ермошин, В. А. Орешкин, Ю. Н. Свешников, И. Н. Цыпленков, В. И. Гармаш, В. И. Егоркин, В. Е. Земляков., Л. Г. Литош // Сб. тез. 9−й Всероссийской конф. «Нитриды галлия, индия, алюминия — структуры и приборы». − М. : МГУ, 2013. − С. 78—79
27. Stevenson,R.Analystsaretippingtremendousgrowthfor thecompoundsemiconductorindustry/R.Stevenson//Compound Semiconductor. − 2012. − V. 18, N 3. − P. 14—19.
Для цитирования:
Арендаренко А.А., Орешкин В.А., Свешников Ю.Н., Цыпленков И.Н. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ НИТРИДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2015;18(1):5-15. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2015-1-5-15
For citation:
Arendarenko A.A., Oreshkin V.A., Sveshnikov Yu.N., Tsyplenkov I.N. Trends in the Development of the Epitaxial Nitride Compounds Technology. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2015;18(1):5-15. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1609-3577-2015-1-5-15
Просмотров: 1550
Послать статью по эл. почте 