Next level epitaxy (NLE) – a novel approach for the mass production of semiconductor layers

• Autorzy: Dikme Yilmaz , Sinhoff Volker

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2023.3.2

Warianty tytułu

PL

Epitaksja następnego poziomu (NLE) – nowatorskie podejście do masowej produkcji warstw półprzewodnikowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this work data of thin aluminum nitride (AlN) layers grown by next level epitaxy (NLE) process on sapphire, GaN (gallium nitride) and glass are presented. The NLE layers are grown below 250°C surface temperature combining PVD (physical vapor deposition) and CVD (chemical vapor deposition). The NLE growth process is in principle following the MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) growth standard, including substrate cleaning, start layer and main layer. All steps use different plasma sources in various combinations. In total four different plasma sources have been used. On sapphire epitaxial AlN with a smooth surface could be demonstrated which have been further overgrown by MOCVD. In further experiments MOCVD AlN and GaN layers have been overgrown with NLE AlN demonstrating the epitaxial growth character of the NLE process. The AlN on glass resulted in smooth surfaces and highly c-plane oriented AlN where even the 105-peak could be detected. The NLE process has the capability for the mass production of various semiconductor layer and thin films.

PL

W pracy przedstawiono dane dotyczące cienkich warstw azotku glinu (AlN) wytworzonych w procesie epitaksji następnego poziomu (NLE) na szafirze, azotku galu (GaN) i szkle. Warstwy NLE hodowano poniżej temperatury powierzchni 250°C, łącząc fizyczne osadzanie z fazy gazowej (PVD) i chemiczne osadzanie z fazy gazowej (CVD). Proces wzrostu NLE był zasadniczo zgodny ze standardem wzrostu w procesie osadzania metali organicznych z fazy gazowej (MOCVD), w tym czyszczenie podłoża, warstwa początkowa i warstwa główna. Wszystkie etapy wykorzystywały różne źródła plazmy w różnych kombinacjach. W sumie zastosowano cztery różne źródła plazmy. Na szafirze można było wykazać epitaksjalny AlN o gładkiej powierzchni, który został dodatkowo porośnięty przez MOCVD. W dalszych eksperymentach warstwy MOCVD AlN i GaN zostały porośnięte NLE AlN, co świadczy o epitaksjalnym charakterze wzrostu procesu NLE. AlN na szkle dał gładkie powierzchnie i AlN zorientowany w płaszczyźnie c, gdzie można było wykryć nawet pik 105. Proces NLE umożliwia masową produkcję różnych warstw półprzewodników i cienkich warstw.

Słowa kluczowe

EN

next level epitaxy; semiconductor layers; physical vapor deposition; chemical vapor deposition

PL

epitaksja następnego poziomu; grube warstwy półprzewodnikowe; fizyczne osadzanie z fazy gazowej; chemiczne osadzanie z fazy gazowej

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 44, nr 3
• Strony: 12--15
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys.

Twórcy

autor

Dikme Yilmaz

• Elment 3-5 GmbH, Robert-Koch-Str. 6A, 52499 Baesweiler, Germany

• https://orcid.org/0009-0000-9630-2828

autor

Sinhoff Volker

• Elment 3-5 GmbH, Robert-Koch-Str. 6A, 52499 Baesweiler, Germany

Bibliografia

• 1] Amano H., Sawaki N., Akasaki I., Toyoda Y.: Metalorganic vapor phase epitaxial growth of a high quality GaN film using an AlN buffer layer. Appl. Phys. Lett. 48 (1986) 353.
• [2] Nakamura S., Mukai T., Senoh M.: High-power GaN P-N junction blue-light-emitting diodes. Japanese Journal of Applied Physics 30 Part 2 (12A) (1991).
• [3] Arakawa Y., Ueno K., Kobayashi A., Ohta J., Fujioka H.: High hole mobility p-type GaN with low residual hydrogen concentration prepared by pulsed sputtering. APL Mater. 4 (2016) 086103.
• [4] Ueno K., Kobayashi A., Fujioka H.: Characteristics of unintentionally doped and lightly Si-doped GaN prepared via pulsed sputtering. AIP Adv. 9 (2019) 075123.
• [5] Nishikawa Y., Ueno K., Kobayashi A., Fujioka H.: Positive impurity size effect in degenerate Sn-doped GaN prepared by pulsed sputtering. Appl. Phys. Lett. 122 (2023) 082102.
• [6] Dadgar A., Hörich F., Borgmann R., Bläsing J., Schmidt G., Veit P., Christen J., Strittmatter A.: Sputter epitaxy of AlN and GaN on Si(111). Phys. Status Solidi A 220 (2023) 2200609.
• [7] Wang J., Xu F., He C., Zhang L., Lu L., Wang X., Qin Z. and Shen B.: High quality AlN epilayers grown on nitrided sapphire by metal organic chemical vapor deposition. Scientific Reports 7 (2017) 42747.
• [8] Md Sahar M.A.A.Z., Hassan Z., Lim W.F., Samsudin M.E.A., Hanafiah A.M., Yusuf Y., Ahmad M.A., Hamzah N.A., Asri R.I.M.: The growth of AlN single layer on sapphire at low pressure using metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD). Journal of Physics Conference Series 1535 (2019) 012042.
• [9] Whiteside M., Arulkumaran S., Dikme Y., Sandupatla A., Ng G.I.: Demonstration of AlGaN/GaN MISHEMT on Si with low-temperature epitaxy grown AlN dielectric gate. Electronics 9 (11) (2020) 1858.
• [10] Whiteside M., Ng G.I., Arulkumaran S., Ranjan K., Dikme Y.: Low temperature epitaxy grown AlN metal-insulator-semiconductor diodes on AlGaN/GaN HEMT structure. 2019 Electron Devices Technology and Manufacturing Conference (EDTM).
• [11] Whiteside M., Arulkumaran S., Dikme Y., Sandupatla A.,NgG.I.: Improved interface state density by low temperature epitaxy grown AlN for AlGaN/GaN metal-insulator-semiconductor diodes. Materials Science and Engineering: B 262 (2020) 114707.
• [12] https://www.appliedmaterials.com/us/en/product-library/ endura-pvd.html, accessed January 25, 2023.
• [13] https://www.kymatech.com/products-services/materials/ gan-related-iii-n-materials/498-pvdnc-aln-templates, accessed January 25, 2023.