ある国のハイテク企業が、GaN 格子に適合し、GaN を良好に成長できる新しいタイプの基板材料を開発したというニュースがあります。 （注：準備はとても大変です）GaNバルク単結晶, したがって、ここで言及されているGaNはエピタキシャル層であり、エピタキシャル層の存在の意味の1つを明らかにしています。 ではなぜ基板とエピタキシャル層に違いがあるのでしょうか？ エピタキシャル層の存在意義は何でしょうか？

エピタキシャルウェーハの起源

ウェーハの準備には、基板の準備とエピタキシャル プロセスという 2 つの主要なリンクが含まれます。 基板は、半導体単結晶材料からなるウエハである。 基板は、半導体デバイスを製造するためにウェーハ製造プロセスに直接入ることができます。 また、エピタキシャル処理によりエピタキシャルウェーハを製造することもできる。 エピタキシーとは、切断、研削、研磨などの丁寧な加工を施した単結晶基板上に、新たな単結晶を成長させる工程のことです。

新しい単結晶と基板の材料は同じでも異なっていてもよい（均一エピタキシーまたは不均一エピタキシー）。 新しい単結晶層は基板の結晶相に応じて成長するため、エピタキシャル層と呼ばれます（シリコンを例にとると、厚さは通常数ミクロンです。シリコンエピタキシャル成長の意味は、シリコン単結晶基板上に成長するという意味です）特定の結晶方位を持った結晶の層を成長させ、結晶方位が同じで結晶格子構造の厚さが異なり、整合性が良いもの）、エピタキシャル層を備えた基板をエピタキシャルウェーハと呼びます（エピタキシャルウェーハ = エピタキシャル層 + 基板） 。 エピタキシャル層上に作成されるデバイスはポジティブエピタキシーです。 デバイスが基板上に作られる場合、それは逆エピタキシャルと呼ばれ、エピタキシャル層は補助的な役割を果たすだけです。

均一エピタキシーと不均一エピタキシー

エピタキシャル層はどのような問題を解決しますか?

問題：

バルク単結晶材料は、さまざまな半導体デバイスの増大するニーズを満たすことが困難です。 したがって、薄層単結晶材料のエピタキシャル成長の開発が加速されます。 それでは、エピタキシャル技術は材料の進歩にどのような影響を与えるのでしょうか?

シリコンに関しても、シリコンエピタキシャル成長技術が始まった頃は、まさにシリコンの高周波・高出力トランジスタの製造が難しい時代でした。 トランジスタの原理的に高周波、大電力を得るためにはコレクタ領域の耐圧が高くなければなりません。 直列抵抗は小さくなければなりません。 つまり、飽和圧力損失は小さくなければなりません。 前者はコレクタ領域の材料の高い電気抵抗率を必要とし、後者は材料の低い電気抵抗率を必要とします。 両者は矛盾しています。 コレクタ領域の材料の厚さを薄くすると直列抵抗は減少しますが、シリコンウェハは薄すぎて加工できなくなります。 材料の抵抗率を下げることは、最初の要件と矛盾します。 そこで、エピタキシャル技術の開発により、この問題はうまく解決されました。

エピタキシャルプロセスによるソリューション:

極めて低い抵抗の基板上に高抵抗のエピタキシャル層を成長させ、そのエピタキシャル層上にデバイスを作製することで、高抵抗のエピタキシャル層が管内の高い耐圧を確保し、低抵抗の基板が抵抗を低減します。基板の飽和電圧降下を低減します。 これにより両者の矛盾は解消される。

また、GaAsやIII-V、II-VIなどの分子化合物半導体材料の気相エピタキシー、液相エピタキシーなどのエピタキシー技術は大きく発展し、不可欠なプロセスとなっています。ほとんどのマイクロ波デバイス、光電子デバイス、パワーデバイスなどの技術、特に薄層、超格子、量子井戸、歪み超格子、原子レベルの薄膜における分子線および有機金属気相エピタキシー。

アプリケーションでは、ほぼすべてのワイドバンドギャップ半導体デバイスがエピタキシャル層上に作成され、炭化ケイ素ウェハ自体は基板としてのみ機能します。 さらに、エピタキシャル層の制御はワイドバンドギャップ半導体産業の重要な部分です。

エピタキシャル技術の7つのスキル

1. 高（低）抵抗のエピタキシャル層は、低（高）抵抗の基板上にエピタキシャル成長させることができる。
2. Ｎ（Ｐ）型エピタキシャル層は、Ｐ（Ｎ）型基板上にエピタキシャル成長させて、ＰＮ接合を直接形成することができる。 単結晶基板上に拡散法でＰＮ接合を形成する場合には補償の問題はない。
3. マスク技術と組み合わせて、指定された領域でエピタキシャル成長が実行され、特殊な構造を備えた集積回路やデバイスを製造するための条件が作成されます。
4. ドーピングの種類と濃度は、エピタキシャル成長プロセス中に必要に応じて変更できます。 濃度の変化は急激な場合もあれば、ゆっくりとした場合もあります。
5. 不均質、多層、多成分化合物および可変組成の超薄層を成長させることができます。
6. 材料の融点よりも低い温度でエピタキシャル成長が可能であり、成長速度の制御が可能であり、原子スケールの厚さのエピタキシャル成長が実現できる。
7. などの伸線加工ができない単結晶材料の育成が可能です。GaNウェーハ、三元化合物または四元化合物の単結晶層など。

エピタキシャル層とエピタキシャルプロセス

一言で言えば、エピタキシャル層は基板よりも完全で制御可能な結晶構造を得るのが容易であり、材料の応用や開発に役立ちます。

詳細については、メールでお問い合わせください。victorchan@powerwaywafer.com と powerwaymaterial@gmail.com.