Wafer bán dẫn của SiC / GaN cho các thiết bị quang điện tử

Wafer bán dẫn của SiC / GaN cho các thiết bị quang điện tử

Các lĩnh vực ứng dụng của tấm SiC và tấm GaN chủ yếu được chia thành trường công suất điện tử, trường tần số vô tuyến, trường quang điện tử và các lĩnh vực khác. Trong số đó, trường công suất điện tử và trường tần số vô tuyến là những ứng dụng quan trọng nhất, và lợi thế của việc sử dụng vật liệu SiC là rõ ràng. Hai lĩnh vực này đã được giới thiệu trước đây, và kỹ thuật chế tạo wafer bán dẫn của GaN và SiC cho các thiết bị quang điện tử sẽ được thảo luận trong phần sau.

1. Chế tạo Wafer bán dẫn trong điều kiện Phát quang

Trước hết, chúng ta hãy bắt đầu các bước quy trình chế tạo wafer bán dẫn có phát quang. Chất bán dẫn có độ rộng vùng cấm, có thể được sử dụng để phát ra ánh sáng laze.

Một tia laser thực tế có ba yếu tố: nguồn bơm, chất làm việc và khoang cộng hưởng. Nguồn bơm giống như nguồn điện, truyền năng lượng cho vật liệu làm việc để phát ra ánh sáng laze; khoang cộng hưởng cho phép chồng các tia laser lại với nhau để thu được ánh sáng công suất cao hơn; nhưng cốt lõi là vật liệu làm việc — mức năng lượng có thể đạt được cấu trúc đảo ngược dân số.

Nó là cần thiết để có thể đạt được sự đảo ngược quần thể, bởi vì laser là một loại bức xạ kích thích. Có các quá trình chuyển tiếp khác trong các bước xử lý wafer bán dẫn. Chỉ khi quá trình bức xạ kích thích đủ, tia laser mới được hiển thị. Các quá trình khác bao gồm phát xạ tự phát, thư giãn và các quá trình khác.

Để đạt được sự nghịch đảo quần thể, cấu trúc mức năng lượng phổ biến là cấu trúc ba mức. Vì vậy, các quá trình khác nhau giữa các mức năng lượng có thể được kiểm soát.

Ví dụ, sự hiện thực của tia laser. Điện tử được bơm từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao qua nguồn bơm; êlectron không bền ở mức năng lượng cao, êlectron bị dừng lại ở mức năng lượng trung gian bằng cách thêm vào mức năng lượng trung gian tương đối bền. Khi có đủ các electron, ánh sáng sẽ rất mạnh; Dưới tác dụng của khoang cộng hưởng, nó liên tục được khuếch đại, đó là ánh sáng được khuếch đại bởi bức xạ kích thích —— laze.

2. Phân tích tình huống choWafer bán dẫn Sự bịa đặt trên Thiết bị quang điện tử

Để đạt được công suất laser 1300nm (1.3um), người ta đã chế tạo ra laser bán dẫn. Đối với phương pháp sản xuất wafer bán dẫn, laser yêu cầu được phát ra thông qua InAs 0,954eV, và sự thay đổi năng lượng được chuyển thành năng lượng điện thành GaAs, và sau đó phát ra laser, cuối cùng được chuyển thành laser đầu ra InAs.

Cấu trúc epi - chế tạo wafer bán dẫn

Toàn bộ quy trình sản xuất wafer bán dẫn GaAs (Hình trên), đầu tiên là cấu trúc cơ bản:

GaAs và AlGaAs được sắp xếp xen kẽ và đủ mỏng để trở thành một siêu mạng. Sự ra đời của nguyên tố Al cho phép điều chỉnh mức năng lượng của GaAs từ 1,424eV đến 2,168eV và có thể thu được mức năng lượng cao tương ứng. GaAs được sử dụng như một mức năng lượng trung bình để phát ra tia laser bơm. Dưới tác dụng của dòng điện, các electron liên tục được bơm lên mức năng lượng cao của AlGaAs, rồi nhảy xuống từ mức năng lượng giữa của GaAs.

Sau đó, nó là cấu trúc trên:

Đầu ra của tia laser có được từ việc chuẩn bị kích thước của InAs đến mức nanomet, làm tăng khoảng cách năng lượng của nó từ 0,354eV lên 0,954eV (0,954eV = 1240nm · eV / 1300nm), làm cho nó trở thành mức năng lượng trung gian tốt. Nguồn bơm là một tia laser GaAs thu được thông qua siêu mạng bên dưới. Dưới tác động của tia laser tạo ra bởi GaAs, các electron liên tục được bơm lên mức năng lượng cao của GaAs, rồi nhảy xuống từ mức năng lượng giữa của InAs.

3. GaN và sự phát quang

Các photon ánh sáng bị hấp thụ. Để đạt được điều này thuận tiện hơn, mức năng lượng thường được sử dụng có cấu trúc với vùng cấm trực tiếp.

Trên thực tế, ngoài GaAs và InP phát sáng nói trên, vật liệu bán dẫn thế hệ thứ ba GaN cũng có một vùng cấm trực tiếp. Dữ liệu của các chất bán dẫn phổ biến được hiển thị trong bảng dưới đây:

  Chất liệu Khoảng cách ban nhạc Loại khoảng cách dải Cường độ trường phân tích
MV / cm
Di chuyển electron

tỷ lệ
cm2/ (Vs)

Di chuyển lỗ

tỷ lệ
cm2/ (V · s)

Tốc độ trôi điện tử bão hòa
107cm / s
Dẫn nhiệt
w / (cm-K)
Hằng số điện môi tĩnh Độ cứng
Thế hệ đầu tiên Si 1.12 gián tiếp 0.3 1600 430 1 1.48 11.9 7
Ge 0.67 gián tiếp 0.1 3900 1900   0.6 16.0 6.0
Thế hệ thứ hai GaAs 1.42 thẳng thắn 0.4 8500 400 1.3 0.55 13.1 4
InP 1.344 thẳng thắn 0.45 0.68 12.5
Thế hệ thứ ba GaN 3.39 thẳng thắn 2.6 1000 200 2.5 1.3 9
AIN 6.2 thẳng thắn 1.2 300 14 1.4 2.85 9.14
Ga2O3 4.8 thẳng thắn 8 300 0.3
4H-SiC 3.26 gián tiếp 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
Cuối cùng Kim cương 5.5 gián tiếp 20 2800 1300 2.7 22 5.7 10.0
  • GaN đến từ PAM-XIAMEN.

GaN có khoảng cách vùng cấm lớn hơn GaAs và InP. Bằng cách điều chỉnh khoảng cách vùng cấm này, có thể thu được phạm vi đầu ra ánh sáng rộng hơn.

Độ rộng vùng cấm của GaAs là 1,42eV, có nghĩa là khi ánh sáng dưới 873nm được tạo ra. Sẽ có một sự hấp thụ lớn và cường độ ánh sáng sẽ không hoạt động trong các hệ thống chế tạo wafer bán dẫn.

Độ rộng vùng cấm của InP là 1.344eV, có nghĩa là khi ánh sáng dưới bước sóng 925nm được tạo ra. Sẽ có sự hấp thụ lớn, và cường độ ánh sáng lúc này sẽ không hoạt động.

Độ rộng vùng cấm của GaN là 3,4eV, nghĩa là khi ánh sáng có bước sóng dưới 364nm được tạo ra. Sẽ có một sự hấp thụ lớn, và cường độ ánh sáng sẽ không hoạt động vào lúc này.

Ưu điểm của GaN là có thể tạo ra ánh sáng nhìn thấy và tia cực tím. Việc sử dụng ánh sáng nhìn thấy trong quá trình chế tạo tấm bán dẫn: đèn LED màu xanh lam là để thêm In và Al vàoGaN nhỏ; ánh sáng bước sóng thấp hơn có năng lượng lớn hơn và các ứng dụng chuyên nghiệp của nó, chẳng hạn như khử trùng, đánh dấu, cắt, v.v.

Để chuẩn bị các thiết bị GaN,SiC bề mặtđã được chọn lại. Để biết thêm chi tiết về lý do tại sao chọn chất nền SiC để chế tạo wafer bán dẫn, vui lòng tham khảoỨng dụng SiC trong thiết bị tần số vô tuyến.

Để biết thêm thông tin, vui lòng liên hệ với chúng tôi qua email victorchan@powerwaywafer.compowerwaymaterial@gmail.com.

Chia sẻ bài này