Oblea semiconductora de SiC / GaN para dispositivos optoelectrónicos

Oblea semiconductora de SiC / GaN para dispositivos optoelectrónicos

Los campos de aplicación de las obleas de SiC y las obleas de GaN se dividen principalmente en campo de potencia electrónica, campo de radiofrecuencia, campo optoelectrónico y otros campos. Entre ellos, el campo de potencia electrónico y el campo de radiofrecuencia son las aplicaciones más importantes, y las ventajas de utilizar material de SiC son obvias. Estas dos áreas se han introducido antes, y las técnicas de fabricación de obleas semiconductoras de GaN y SiC para dispositivos optoelectrónicos se discutirán en la siguiente parte.

1. Fabricación de obleas semiconductoras en términos de Luminiscencia

En primer lugar, comencemos los pasos del proceso de fabricación de obleas semiconductoras con luminiscencia. Los semiconductores tienen una banda prohibida, que se puede utilizar para emitir luz láser.

Un láser práctico tiene tres elementos: fuente de bombeo, sustancia de trabajo y cavidad resonante. La fuente de la bomba es como una fuente de energía, dando energía al material de trabajo para emitir luz láser; la cavidad resonante permite superponer los láseres para obtener una luz de mayor potencia; pero el núcleo es el material de trabajo, el nivel de energía que puede lograr la estructura de inversión de la población.

Es necesario poder lograr la inversión poblacional, porque el láser es un tipo de radiación estimulada. Hay otros procesos de transición en los pasos de procesamiento de obleas semiconductoras. Solo cuando el proceso de radiación estimulada es suficiente, se puede mostrar el láser. Otros procesos incluyen emisión espontánea, relajación y otros procesos.

Para lograr la inversión de la población, la estructura del nivel de energía común es una estructura de tres niveles. Así se pueden controlar los diversos procesos entre niveles de energía.

Por ejemplo, la realización de láser. El electrón se bombea desde el nivel de energía bajo al nivel de energía alto a través de la fuente de bombeo; el electrón es inestable en el nivel de energía alto, los electrones se detienen en el nivel de energía intermedio añadiendo un nivel de energía intermedio relativamente estable. Cuando haya suficientes electrones, la luz será muy fuerte; Bajo la acción de la cavidad resonante, se amplifica continuamente, que es la luz amplificada por la radiación estimulada, el láser.

2. Análisis de casos paraOblea semiconductora Fabricación en Dispositivos optoelectrónicos

Para lograr una salida de láser de 1300 nm (1,3 um), se fabricó un láser semiconductor. Para el método de fabricación de obleas semiconductoras, el láser requerido se emite a través de 0.954eV InAs, y el cambio de energía se convierte en energía eléctrica en GaAs, y luego se emite láser, finalmente se convierte en láser de salida InAs.

La estructura epi - fabricación de obleas semiconductoras

Todo el proceso de fabricación de obleas de semiconductores de GaAs (Figura anterior), la primera es la estructura subyacente:

GaAs y AlGaAs están dispuestos alternativamente y son lo suficientemente delgados como para ser una superrejilla. La introducción del elemento Al permite ajustar el nivel de energía de GaAs de 1.424eV a 2.168eV, y se puede obtener el correspondiente alto nivel de energía. El GaAs se utiliza como un nivel de energía medio para generar el láser de bombeo. Bajo la acción de la electricidad, los electrones se bombean continuamente al nivel de energía alto de AlGaAs y luego saltan desde el nivel de energía medio de GaAs.

Entonces, es la estructura superior:

La salida del láser se deriva de la preparación del tamaño de InAs al nivel nanométrico, lo que aumenta su brecha de energía de 0.354eV a 0.954eV (0.954eV = 1240nm · eV / 1300nm), lo que lo convierte en un buen nivel de energía intermedio. La fuente de la bomba es un láser de GaAs obtenido a través de la superrejilla de abajo. Bajo la acción del láser generado por GaAs, los electrones se bombean continuamente hasta el nivel de energía alto de GaAs y luego saltan desde el nivel de energía medio de InAs.

3. GaN y luminiscencia

Fotones Lumi absorbidos. Para lograr esto de manera más conveniente, el nivel de energía generalmente utilizado tiene una estructura con una banda prohibida directa.

De hecho, además de los GaAs e InP luminosos anteriores, el material semiconductor de tercera generación GaN también tiene una banda prohibida directa. Los datos de los semiconductores comunes se muestran en la siguiente tabla:

  Materiales Bandgap Tipo de banda prohibida Intensidad del campo de ruptura
MV / cm
Migración de electrones

velocidad
cm2/ (Vs)

Migración de agujeros

velocidad
cm2/ (V · s)

Tasa de deriva de electrones saturados
107cm / s
Conductividad térmica
con (cm-K)
Constante dieléctrica estática Dureza
Primera generación Si 1.12 indirecto 0.3 1600 430 1 1.48 11.9 7
Ge 0.67 indirecto 0.1 3900 1900   0.6 16.0 6.0
Segunda generación GaAs 1.42 directo 0.4 8500 400 1.3 0.55 13.1 4
En p 1.344 directo 0.45 0.68 12.5
Tercera generación GaN 3.39 directo 2.6 1000 200 2.5 1.3 9
AIN 6.2 directo 1.2 300 14 1.4 2.85 9.14
Ga2O3 4.8 directo 8 300 0.3
4H-SiC 3.26 indirecto 3 500 120 2.5 3.4 10.1 9.25
6H-SiC 2.86 1.2 260 50
3C-SiC 2.2 1.2 900 320
Último Diamond 5.5 indirecto 20 2800 1300 2.7 22 5.7 10.0
  • GaN es de PAM-XIAMEN.

GaN tiene una banda prohibida mayor que GaAs e InP. Al ajustar esta banda prohibida, se puede obtener un rango más amplio de salida de luz.

La banda prohibida de GaAs es 1,42 eV, lo que significa que cuando se genera luz por debajo de 873 nm. Habrá una gran absorción y la intensidad de la luz no funcionará en los sistemas de fabricación de obleas semiconductoras.

La banda prohibida de InP es 1.344eV, lo que significa que cuando se genera luz por debajo de 925nm. Habrá una gran absorción y la intensidad de la luz no funcionará en este momento.

La banda prohibida de GaN es 3.4eV, lo que significa que cuando se genera luz por debajo de 364nm. Habrá una gran absorción y la intensidad de la luz no funcionará en este momento.

Es la ventaja de GaN que puede producir luz visible y luz ultravioleta. El uso de la luz visible en el proceso de fabricación de obleas semiconductoras: el LED azul es para agregar In y Al alGaN epitaxial; La luz de menor longitud de onda tiene mayor energía y sus usos profesionales, como esterilización, marcado, corte, etc.

Para preparar los dispositivos GaN,Sustrato de SiCha sido seleccionado de nuevo. Para obtener más detalles sobre por qué elegir un sustrato de SiC para una fabricación de obleas semiconductoras, consulteLa aplicación de SiC en dispositivos de radiofrecuencia.

Para obtener más información, contáctenos por correo electrónico a victorchan@powerwaywafer.com y powerwaymaterial@gmail.com.

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