Inżynieria orientacji podłoża szafirowego zwiększa wydajność półprzewodników

Struktura kryształowa wyznacza linię bazową

Sapphire to sześciokątna forma tlenku aluminium, w której jony tlenu tworzą sześciokątną siatkę i aluminium Każdy jon aluminiowy otoczony jest przez sześć tlenu. W tym przypadku parametry siatki są około a = 4,76 angstromów i c = 12,99 angstromów. Symetria sześciokątna jest źródłem anizotropowego zachowania mechanicznego, termicznego i optycznego materiału.

W praktyce konsekwencją jest to, że płytka szafirowa nie jest jednolitą platformą we wszystkich kierunkach. Układ, stopnie powierzchni i środowisko wiązania różnią się w zależności od płaszczyzny, co wpływa na sposób, w jaki warstwy epitaksjalne W trakcie wzrostu, rozciąga się i rozluźnia.

Orientacja płaszczyzny ogranicza wydajność urządzenia

Orientacja podłoża bezpośrednio wpływa na niezgodność siatki i gęstość zwichnięć w warstwie epitaksyalnej. GaN uprawiany na szafirze płaszczyzny C ma silne wbudowane pole ze względu na swoją polarną naturę. Substraty płaszczyzny R zamiast tego wykorzystują wzrost niepolarny lub półpolarny w celu zmniejszenia kwantowo ograniczonego efektu Starka, przesunięcie, które może poprawić efektywność świetlną diod LED i innych urządzeń optoelektronicznych.

Kompromity termiczne i obciążeniowe pozostają krytyczne

Różnice w przewodności cieplnej w płaszczyźnie kryształowej mają również znaczenie dla zarządzania ciepłem i naprężenia powierzchniowego Inżynierowie oceniający podłoże muszą zatem rozważyć nie tylko Jakość, ale także sposób, w jaki ciepło przemieszcza się przez urządzenie i jak nagromadza się naprężenie w czasie.

Zalecenia te stają się coraz ważniejsze w miarę jak urządzenia osiągają większą moc i działają dłużej. czasy życia, gdzie niewielkie różnice w ścieżce termicznej i gęstości wad mogą mieć wpływ na niezawodność.

Wybór następuje według metody urządzenia i wzrostu

Wybór podłoża wymaga zrównoważonej oceny typu urządzenia, w tym diod LED, laserów lub mocy W celu uzyskania odpowiednich wyników należy zastosować metodę epitaksyalną, taką jak MOCVD, HVPE lub LPE, oraz ukierunkowane metody elektryczne i C-Plane Sapphire pozostaje w branży podstawą dla pionowej epitaxy.

W przypadku gdy celem jest optymalizacja wzrostu niepolarnego lub półpolarnego w celu zwiększenia wydajności, płaszczyzna A lub płaszczyzna R W przypadku konstrukcji o dużej mocy inżynierowie muszą również zweryfikować właściwości przewodzenia cieplnego wybranej płaszczyzny w stosunku do ścieżki usuwania ciepła urządzenia oraz połączyć tę analizę z oceną naprężenia powierzchniowego w celu długoterminowej stabilności termicznej.