Główne cele

Głównym celem pakietu WP1 jest opracowanie i wdrożenie technologii amonotermalnego wzrostu kryształów GaN oraz zaawansowanej obróbki powierzchniowej (wafering), pozwalającej na otrzymanie 4-calowych podłoży GaN charakteryzujących się bezprecedensowo wysoką jakością strukturalną (widoczny efekt Borrmanna) oraz niską rezystywnością.

W ramach pakietu realizowane są zadania:

• Optymalizacja geometrii strefy wzrostu w autoklawach amonotermalnych, transportu masy w stanie nadkrytycznym oraz parametrów ciśnieniowo-temperaturowych.
• Opracowanie innowacyjnej metody powiększania zarodzi poprzez wzrost lateralny oraz łączenie kryształów (seed joining).
• Doskonalenie procesów precyzyjnego cięcia wielodrutowego, polerowania chemiczno-mechanicznego (CMP) oraz przygotowania powierzchni podłoży dla epitaksji.

Ścieżki technologiczne rozrostu

W drodze do uzyskania 4-calowych podłoży GaN badane są dwie komplementarne ścieżki technologiczne:

1. Ścieżka monolityczna (monolithic enlargement): lateralne poszerzanie pojedynczego kryształu zarodziowego.
2. Ścieżka łączenia kryształów (tiling route): łączenie krótszych zarodzi krystalicznych w jedną ciągłą bazę zarodziową.

Rys. 1. Porównanie ścieżki monolitycznej oraz segmentowej (tiling) w kierunku 4-calowych kryształów GaN.

Zastosowanie metody segmentowej (tiling) pozwala na obniżenie minimalnej wymaganej początkowej długości zarodzi z 229,2 mm do 166,6 mm. Wymóg ten mieści się w zakresie już zsyntetyzowanych w IWC PAN długich zarodzi (180–218 mm).

Wyniki i aktualne prace

• Synteza długich zarodzi: Otrzymano stabilne zarodzie GaN o długości 180–218 mm poprzez precyzyjne łączenie krótszych kryształów. Zarodzie te stanowią bazę do lateralnego rozrostu w reaktorach wysokociśnieniowych.
• Modyfikacja strefy krystalizacji: Zaprojektowano i wdrożono nowe układy strefy krystalizacji w autoklawach, minimalizujące naprężenia termiczne i mechaniczne.
• Analiza strukturalna: Przeprowadzono szczegółowe badania rozkładu defektów i pęknięć w rozrastanym materiale, optymalizując warunki zarodkowania na granicy łączenia segmentów.

Rys. 2. Przykłady długich zarodzi GaN (180–218 mm) przygotowanych do procesu poszerzania lateralnego.

Następne kroki

W kolejnych etapach prac zaplanowano uruchomienie serii procesów wzrostu w zmodyfikowanych autoklawach wysokociśnieniowych, ocenę koalescencji materiału w strefie łączenia zarodzi oraz pomiary strukturalne i elektryczne powiększonych kryształów.