Инженерия ориентации сапфировых подложек повышает производительность полупроводников

Структура кристаллов устанавливает базовую линию

Сапфир представляет собой шестиугольную форму оксида алюминия, в котором ионы кислорода образуют шестиугольную решётку и алюминий Каждый алюминиевый ион окружен шестью кислородами. Это означает, что, если вы используете ионы, то параметры решетки составляют примерно a = 4,76 ангстром и c = 12,99 ангстром. Шестиугольная симметрия является источником анизотропного механического, теплового и оптического поведения материала.

Практическое следствие заключается в том, что сапфирная пластина не является равномерной платформой во всех направлениях. Устройство, поверхностные ступени и среда связывания различаются в зависимости от плоскости, что влияет на то, как эпитаксиальные слои Ядро, напряжение и расслабление во время роста.

Ориентация на плоскости ограничивает производительность устройства

Ориентация субстрата напрямую влияет на несоответствие решетки и плотность вывих в эпитаксиальном слое. ГаН, выращенный на C-плоскости сапфира, имеет сильное встроенное поле из-за своей полярной природы. Вместо этого R-плоскостные субстраты используют неполярный или полуполярный рост для уменьшения квантово-ограниченного эффекта Старка, смещение, которое может улучшить световую эффективность светодиодов и других оптоэлектронных устройств.

Тепловые и стрессовые компромиссы остаются критическими

Различия в теплопроводности по кристаллической плоскости также имеют значение для управления теплом и поверхностного напряжения Инженеры, оценивающие субстрат, должны поэтому учитывать не только эпитаксиальную Качество, а также как тепло будет перемещаться через устройство и как напряжение будет накапливаться с течением времени.

Эти соображения становятся все более важными, поскольку устройства подталкиваются к более высокой мощности и более длительной работе. длительность жизни, где небольшие различия в тепловой траектории и плотности дефектов могут повлиять на надежность.

Отбор следует устройству и методу выращивания

Выбор подложки требует сбалансированной оценки типа устройства, включая светодиоды, лазеры или мощность компоненты, наряду с эпитаксиальной техникой, такой как MOCVD, HVPE или LPE, и целевые электрические и С-плоскость сапфира остается базовой отрасли для вертикальной эпитаксии.

Когда целью является оптимизация неполярного или полуполярного роста для повышения эффективности, A-плоскость или R-плоскость В проектах высокой мощности инженерам также необходимо проверить, характеристики теплопроводности выбранной плоскости по отношению к пути удаления тепла устройства и объединять этот анализ с оценкой поверхностного напряжения для долгосрочной тепловой стабильности.