Ett team från SweGaN, IEMN och Linköpings universitet har gjort ett genombrott när det gäller att producera epiwafers med GaN på SiC för effektkomponenter.

SweGaN har tillsammans med Linköpings universitet och den franska forskargruppen IEMN utvecklat en ny mekanism för epitaxiell tillväxt. Den har fått namnet ”Transmorphic heteroepitaxi”. Ett viktigt ekonomiskt tillskott till processen står EU Horizon 2020 för, nr 823260.

Läs gärna Applied Physics Letter, volym 115, utgåva 22 under rubriken: ”Transmorphic Epitaxial Growth of AlN Nucleation Layers on SiC Substrates for High-Breakdown Thin GaN Transistors”.

SweGaNs samarbete med forskarna i elektronmicroskopi och modellering vid Linköpings universitet samt seniorforskare vid IEMN i Frankrike görs nu för att visa naturen hos den nya mekanismen för epitaxi och potentialen för SweGaNs QuanFINE heterostrukturer för högeffektstillämpningar.

Enligt SweGaN ligger företaget i framkant inom heteroepitaxy-teknik för att producera QuanFINE. Det är en hybrid av GaN och SiC-material för tillverkning av kraftkomponenter, utöver sin nuvarande produktportfölj för RF-komponenter och enheter.
– Detta är inte bara en högeffektiv innovation utan också en vetenskaplig upptäckt av en ny epitaxiell tillväxtmekanism, vad vi kallar transmorphic, säger Lars Hultman, medförfattare till publikationen, professor vid Linköpings universitet och medlem av Kungliga Vetenskapsakademin.
– Genombrottet leder till att effektförlusterna i hög grad kan minskas i enheter med hög effekt. GaN-visar här sin överlägsenhet över Si super-junction power-komponenter och SiC MOSFET för 650V-klassade enheter, säger Jr-Tai Chen, CTO på SweGaN AB .

Sammanfattning
Tack vare transmorphic heteroepitaxy kan mindre än 1 nm-tunna atomiska mellanlager skapas för att tillräckligt rymma den gittermatchning som krävs mellan det första epilagret och substratet.

* Denna nya tillväxtmekanism undertrycker bildandet av strukturella defekter i början av epitaxin. Det gör det möjligt att realisera ett korngränsfritt skikt av AlN-kärna och efterföljande högkvalitativa buffertfria GaN-baserade heterostrukturer på SiC-substrat.
• En GaN HEMT-heterostruktur, med en total tjocklek mindre än 300 nm, odlad med transmorfisk epitaxi på ett halvisolerande SiC-substrat, visar ett lateralt genombrottsfält på ~ 2 MV/cm och en vertikal genombrottsspänning på > 3 kV. Seniorforskarna på IEMN har mätt upp detta.
• Det kritiska genombrottsfältet är nästan tre gånger högre än det är för GaN-on-Si-epiwafers. Det senare odlas med den konventionella metoden, med tjock buffert. Det innebär att komponentens ON-motstånd har potential att vara en storleksordning lägre än det värde som idag kan uppnås enligt Baligas mätetal.
– Med dessa nya resultat kommer SweGaN nu att utöka fokus på sin QuanFINE-teknik till att omfatta den globala kraftmarknaden, förutom RF-komponenter för satellit-, kommunikations- och försvarsorganisationer, särskilt i Asien som visar mest hunger efter nya generationens GaN-kraftkomponenter, fortsätter Jr-Tai Chen.

– Vi räknar med att vi kommer att släppa fler nya resultat om prestanda för QuanFINE-baserade krafkomponenter inom en nära framtid.

Filed under: Utländsk Teknik