Les substrats monocristallins en nitrure de Gallium (GaN) jouent un rôle crucial dans le développement de dispositifs optoélectroniques et électriques avancés. Cependant, il existe différentes nuances de substrats GaN, la classe D (D) et la classe P (P) étant deux classifications communes. Ces nuances diffèrent considérablement en termes de qualité cristalline, de densité de défaut, de caractéristiques de surface et d’aptitude à l’application. Cet article fournit une comparaison complète des substrats GaN de nuance d et de nuance p pour aider les professionnels de l’industrie à choisir le matériau approprié à leurs besoins spécifiques.

1. Qualité cristalline et densité des défauts

L’un des paramètres les plus critiques pour les substrats GaN est la densité de dislocation de filetage (TDD), qui affecte directement les performances et la fiabilité de l’appareil.

D grade: présente généralement une densité de dislocation élevée allant de 10⁷ à 10 ⁹ cm⁻². Ce niveau de défauts le rend adapté à la recherche et aux applications expérimentales mais moins idéal pour les appareils commerciaux à haute performance.

Catégorie p: offre des densités de dislocation significativement plus faibles, dans la gamme de 10⁵ à 10⁶ cm⁻², assurant des propriétés électriques et optiques améliorées. La densité de défaut réduite est essentielle pour les applications qui exigent une fiabilité et une efficacité élevées.

2. Rugosité et morphologie de Surface

La rugosité de Surface est un facteur crucial pour la qualité de la croissance épitaxiale, car elle influe sur l’uniformité et les performances de l’appareil final.

Catégorie d:La rugosité de surface (Ra) est typiquement < 1,0 nm (mesuré sur une surface de 5 5 µm² à l’aide de la microscopie à Force atomique, AFM). Bien que cela soit acceptable pour de nombreuses applications, il peut entraîner une augmentation des pertes par dispersion dans les dispositifs optiques.

Catégorie p:Présente une surface beaucoup plus lisse avec Ra < 0,3 nm, ce qui le rend idéal pour l’épitaxie avancée et les applications de haute précision.

3. Planéité et gauchissement

La planéité et la déformation sont essentielles pour le traitement des plaquettes et la fabrication des dispositifs.

Catégorie d:A une variation d’épaisseur totale (TTV) de ≤15 µm et d’étrave (warpage) de ≤40 µm.

Catégorie p:Montre une planéité supérieure avec TTV ≤5 µm et arc ≤20 µm, assurant une meilleure compatibilité avec les processus de fabrication de semi-conducteurs.

4. Uniformité d’épaisseur et défauts de Surface

L’uniformité de l’épaisseur affecte directement le rendement de traitement et la cohérence de l’appareil.

Catégorie d:La variation d’épaisseur est de + 15 + 15 µm, avec certains défauts de surface tels que des égratignures, des piqûres et des particules étant permis.

Catégorie p:Offre un contrôle beaucoup plus strict avec une uniformité d’épaisseur de ±5 ans et plus µm, minimisant les défauts et assurant des rendements plus élevés dans la production de masse.

5. Aptitude à l’application

Différentes applications nécessitent des normes de qualité différentes pour les substrats GaN.

Catégorie d:Le mieux adapté pour la recherche universitaire, le prototypage et le développement à un stade précoce, où le coût est une préoccupation première, et un certain niveau de défauts peuvent être tolérés.

Catégorie p:Conçu pour les applications commerciales haut de gamme, y compris les appareils de radiofréquence (RF), les transistors à haute mobilité électronique (hemt), les diodes laser (LDs) et les composants optoélectroniques de haute puissance, où une faible densité de défauts et une qualité cristalline supérieure sont critiques.

6. Considérations de coût

Compte tenu des exigences plus élevées en matière de contrôle de qualité et de traitement, les substrats GaN de qualité p sont nettement plus coûteux que les substrats de qualité d. La différence de coût est justifiée par les performances supérieures, la fiabilité améliorée des appareils et les rendements de fabrication plus élevés offerts par les matériaux de qualité p.

Principales différences entre les substrats GaN de grade d et de grade p

Conclusion Conclusion

Le choix entre les substrats GaN de nuance d et de nuance p dépend des exigences spécifiques de l’application prévue. Les substrats de qualité d sont idéaux pour la recherche, le prototypage et les projets sensibles aux coûts, tandis que les substrats de qualité p sont essentiels pour les applications commerciales et à haute performance qui exigent une faible densité de défauts, une qualité de surface supérieure et une fiabilité élevée. La compréhension de ces différences permet aux ingénieurs et aux fabricants d’optimiser leur sélection de matériaux pour améliorer les performances, l’efficacité et la rentabilité de la production d’appareils à base de gna.