Исследователи из Кореи смогли вырастить кристаллический нитрид галлия (GaN) на поверхности аморфного стекла. Полученные результаты и разработанный метод выращивания таких кристаллов может привести к разработке масштабируемых методов получения полупроводниковых устройств, которые не нужно будет выращивать на кремниевых или сапфировых пластинках.

Для создания кристаллической матрицы, обеспечивающей рост нитрида галлия, в новой методике используется тонкий слой металлического титана, а также слой диоксида кремния, перфорированного небольшими отверстиями, обеспечивающими контроль формы и ориентации растущих кристаллов GaN. Один из авторов работы, Юн Хи Чой (Jun Hee Choi) подчеркивает, что такие сложности необходимы для создания работающего с максимальной эффективностью светоизлучающего диода.

Рис. 1. Тонкие слои титана (на схеме
обозначены голубым цветом), низкотемпературного
GaN (на схеме обозначены зеленым цветом) и
оксида кремния (на схеме обозначены оранжевым
цветом) превращают стеклянную пластину в
идеальную подложку для выращивания
светоизлучающих диодов на основе GaN.
(Рисунок из Nat. Photon., 2011,
DOI: 10.1038/nphoton.2011.253).

Чой отмечает, что нанесение нитрида галлия непосредственно на поверхность аморфного стекла приводит к случайной ориентации образующихся кристаллов. Сходство параметров кристаллической решетки титана и нитрида галлия позволило исследователям контролироать ориентацию кристаллов GaN на поверхности. Поверх слоя титана расположен тонкий слой, способствующий нуклеации роста GaN при низких температурах, обеспечивая своеобразный якорь для выращивания больших по размеру кристаллов нитрида галлия, необходимых для создания работающих светоизлучающих диодов.

Затем на поверхность тонкого слоя нитрида галлия наносили слой оксида кремния, содержащий систему крошечных отверстий. Затем с помощью высокотемпературного химического осаждения паров в этих отверстиях выращивали индивидуальные кристаллы GaN, которые затем могли быть обработаны в соответствии со стандартными методиками, применяющимися для формирования систем светодиодов. Для получения правильных монокристаллов в равной степени необходимы как подложка из оксида кремния, так и слой титана, использующийся для предварительной их ориентации, ну а степень кристалличности влияет на эффективность светодиодов.

Колин Хамфри (Colin Humphrey) из Университета Кембриджа, в целом приветствуя работу, отмечает, что на настоящий момент она отличается значительной сложностью в плане практического исполнения. По словам Хамфри, слишком большое количество независимых стадий может значительно увеличить стоимость производства таких светоизлучающих диодов, а то, что пока их производительность все равно уступает производительности аналогичных электронных устройств, нанесенных на сапфировую подложку, целесообразность внедрения нового метода пока еще не очевидна.

Чой соглашается с доводами Хамфри, однако заявляет, что на настоящий этап опубликованные им результаты работы являются всего лишь доказательством принципиальной возможности создания такой технологии, добавляя, что до коммерциализации его метода и решения всех проблем с технологией производства, как и с производительностью светодиодов может пройти не более десятилетия.