Localised Gallium Nitride growth on silicon for the next generation of power electronic devices essential for electric vehicles and renewable energy

I semiconduttori caratterizzati da un’ampia banda proibita, come il GaN, sono eccellenti candidati per sostituire il silicio (Si) soprattutto nella realizzazione dispositivi elettronici di potenza. Il GaN è caratterizzato da una banda proibita ad energia molto elevata e un campo elettrico critico che rende i dispositivi a base di GaN superiori alle loro controparti a base di Si. Inoltre i wafer di silicio sono un'interessante alternativa ai substrati caratterizzati da uno strato nativo di GaN, al fine di realizzare strutture verticali a base di GaN, dovuto, soprattutto, alla loro ridotta epitassia e ridotto costo dei wafer. Questo studio si concentra sull’analisi della crescita epitassiale del GaN su Si attraverso l’esaminazione di maschere fatte con tre diversi materiali (SiO2, SiN, Al2O3). Gli obiettivi di questo studio sono la valutazione della sopraelevazione e il drogaggio imprevisto, causato dalla diffusione degli atomi di Ga sulla maschera, e il TDD dovuto al disallineamento del reticolo cristallino tra GaN e Si. Le varie tecniche di caratterizzazione impiegate, mostrano che i risultati di questo studio sono simili a quelli riportati in letteratura sia dal punto di vista strutturale che delle caratteristiche elettriche, sebbene stiamo considerando la crescita di GaN su silicio anziché zaffiro. Il campione di Al2O3 mostra la più bassa concentrazione di drogaggio non intenzionale e strutture più sottili. Pertanto tale campione è il più promettente per una potenziale crescita epitassiale di GaN controllata. Inoltre, il TDD è più uniforme sul campione di Al2O3 rispetto al caso in cui è utilizzato SiO2. Perciò, da tale studio è possibile concludere che Al2O3 risulta essere il miglior candidato al fine di essere utilizzato come materiale per la maschera. In aggiunta, anche il design del layout della maschera riveste un ruolo importante per limitare la diffusione degli atomi di Ga.