ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ НИТРИДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

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. 

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.