Содержание к диссертации
Глава 1. Широкозонные полупроводниковые материалы и
приборы на их основе 15
Приборы на их основе широкозонных
полупроводниковых материалов 31
Глава 2. Анализ существующих технологий утонения-разделения сапфировых подложек со сформированными
на них приборными структурами 58
Глава 3. Разработка технологии утонения сапфировых подложек со сформированными на них приборными структурами
Глава 5. Исследование функционально - эксплутадионных характеристик нитридных светодиодов и транзисторов, полученных по разработанной технологии утонения-разделения 116
Список литературы 135
Приложения 143
Введение к работе
К широкозонным полупроводникам относятся материалы с шириной запрещенной зоны близкой или превышающей 2.3 эВ. Материалы этой группы, такие как нитриды алюминия, галлия, индия; карбид кремния и алмаз уникальны по своим свойствам. Значительно большие по сравнению с «традиционными» и ваАв значения параметров, такие как: ширина запрещенной зоны, энергия связи и теплопроводность, а также максимальная рабочая температура и величина поля пробоя стали основой создания широкого спектра приборов высокотемпературной электроники 1 Например, максимальная теоретическая рабочая температура для приборов на базе находится в пределах 730-1300С, что на 400С выше, чем у классических полупроводников2. В оптоэлектронике они просто незаменимы. Излучатели и фотоприемники на их основе используются коротковолновом диапазоне видимого и ЦУ спектра и обеспечивают параметры, недостижимые другими материалами3. Алмаз, самый твердый из природных материалов, обладает рекордной теплопроводностью, в отсутствии примесей идеально прозрачен во всем оптическом диапазоне от ультрафиолетовой до дальней инфракрасной областей. Кроме того, алмаз химически инертен, устойчив в агрессивных средах, обладает высокой термической стойкостью и самой высокой радиационной стойкостью. Беспримесный алмаз является хорошим диэлектриком, а при наличии легирующих примесей проявляет свойства полупроводника с высокой подвижностью носителей заряда.
Технология производства приборов на основе широкозонных полупроводников в настоящее время является одной из самых интенсивно разрабатываемых во всем мире. Российская промышленность может быть
конкурентна на мировом рынке в технологических процессах подготовки подложек для эпитаксии пшрокозонных полупроводников или в послеростовых операциях - формирования контактов; утонения - разделения подложек; корпусирования. Российский опыт эпитаксиального выращивания подобных материалов носит лабораторный характер, получаемые структуры по соотношению цена/качество пока неконкуретоспособны. Исключением является высокочистый алмаз, производство которого, от синтеза крупных (до 10 карат) монокристаллов и изготовления из них подложек до С\Т) эпитаксии полупроводниковых алмазных структур, освоен ФГУ «Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов» (ФГУ ТИСНУМ).4
Анализ состояния производства приборов на основе широкозонных полупроводниковых материалов в России позволяет сделать выводы, обобщенные в таблице 1:
Таблица 1. Состояние готовности производства приборов на основе широкозонных полупроводниковых материалов в России (! - высокая готовность, налажено промышленное производство; % - получен лабораторный результат; ? - ведутся исследования). (* Сапфир включен в таблицу как материал подложек для выращивания гетероструктур на основе нитридов алюминия, галлия, индия.)
Таким образом, имея положительные результаты и авторские права, российские предприятия вправе на равных претендовать на свою долю международного рынка широкозонных полупроводниковых материалов и приборов на их основе. Их производство в России можно вывести на большие объемы в течение нескольких месяцев, закупая эпитаксиальные структуры за рубежом, а в России проводить характеризацию получаемых структур,
пассивацию, формирование контактов, утонение и разделение пластин на отдельные кристаллы приборов, корпусирование и испытание приборов.
Исторически массовое производство приборов на широкозонных полупроводниках началось с нитридных светодиодов и транзисторов на сапфировых подложках. Сегодня сотни промышленных установок во всем мире производят эпитаксиальные гетероструктуры на основе нитридов алюминия, галлия, индия. Объемы годового выпуска светодиодов и транзисторов на сапфировых подложках составляют миллиарды штук в год. Поэтому развитие технологии нитридных приборов на сапфировых подложках особенно актуально.
Данная работа посвящена разработке элементов послеростовой технологии, в частности, операций утонения и разделения сапфировых подложек со сформированными на них нитридными приборами. Несмотря на то, что эта проблема разбивается на две задачи: утонение и разделение, её необходимо решать комплексно в силу следующих факторов:
технологических: обе операции, по сути - механическая обработка, режимы каждой операции зависят друг от друга;
экономических: в передел поступают заготовки максимальной стоимости, соответственно брак приносит максимальный ущерб, а эффективность операций позволяет значительно снизить стоимость продукции;
функциональных: варьируя режимами обеих операций, можно добиваться различных параметров получаемых светодиодов.
Синергетический эффект объединения двух различных операций: утонения и разделения, рассматриваемых как единое целое, невозможно переоценить. Единство операции утонения-разделения иллюстрирует рис.1.
Модель кристалла после утонения-разделения с указанием критических областей возникновения дефектов
Драница раздела \ металл - структура _)
/Границы разделов \ слобв структуры
'Границы раздела структура - подложка
Контакты
Зона контактов
Зона
эпитаксиальной структуры
Зона подложки
/Приповеркностый слой4 \ после разделения j
/Приповерхностный N 1слой после утонения )
Рис. 1. Взгляд на утонение-разделение как формирование
области прибора.
Утонение. В последнее десятилетие наряду с увеличением диаметров обрабатываемых подложек из сапфира до 150 мм, ужесточаются требования к операции утонения. Размерный ряд отечественной технологии обработки подложек из сапфира не обновлялся с середины 80-х годов. До сих пор в России наиболее распространённым является процесс утонения свободным абразивом. Утонение сапфировых пластин с помощью связанного алмазного инструмента обеспечивает свободную от механических повреждений поверхность подложки, требуемые геометрические параметры и высокий выход годных. Предлагаемые на рынке технологии утонения, например компаниями Disco или G&N очень дороги, но главное - работают на высоких скоростях и
давлениях, увеличивая внутренние напряжения в подложках со сформированными структурами. В ходе выполнения данной работы на основе связанного алмазно-абразивного инструмента, изобретенного профессором B.C. Кондратенко, создана высокоэффективная технология утонения работающая при минимальных давлениях и скоростях.
