Fraunhofer ISE logra producir obleas de fosfuro de indio sobre sustratos de arseniuro de galio de hasta 150 mm de diámetro

Científicos del Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar (ISE) han logrado producir fosfuro de indio de alta calidad sobre sustratos de arseniuro de galio (obleas de InP sobre GaAs) de hasta 150 mm de diámetro. Estas nuevas obleas pueden sustituir eficazmente al fosfuro de indio clásico en diversas aplicaciones, ofreciendo una vía escalable para reducir costes.

El equipo de investigación desarrolló un proceso para depositar una fina capa de InP de alta calidad sobre GaAs. Tras un tratamiento superficial especial, estas obleas se entregan listas para su uso en epitaxiales, lo que permite a los clientes desarrollar directamente estructuras epitaxiales III-V y fabricar dispositivos semiconductores de alto rendimiento basados ​​en InP.

“Las empresas pueden utilizar nuestros nuevos sustratos de InP sobre GaAs para fabricar dispositivos de alta eficiencia”, explica Carmine Pellegrino, director de proyectos de Fraunhofer ISE. “Sin embargo, su coste es mucho menor que el del InP y no existen limitaciones de escalabilidad, incluso para obleas de 20 cm de diámetro”.

La aplicación de fosfuro de indio sobre arseniuro de galio presenta un desafío debido a la aparición de defectos durante su crecimiento, que pueden reducir el rendimiento del dispositivo final. Los científicos lograron evitarlo incorporando una serie de capas amortiguadoras metamórficas y sometiendo la oblea de InP sobre GaAs completamente desarrollada a un pulido químico-mecánico especial. Posteriormente, las obleas presentan un brillo excepcional, una rugosidad superficial muy baja y una densidad de defectos inferior a 5 * 10⁻¹ cm⁻².

Resultados prometedores

Los investigadores probaron la calidad del material y el rendimiento de las nuevas obleas de InP sobre GaAs y las compararon con sustratos estándar de fosfuro de indio. “Los resultados son sumamente prometedores”, afirma Frank Dimroth, jefe del departamento de fotovoltaica III-V de Fraunhofer ISE. “Las células fotovoltaicas fabricadas en nuestras obleas de ingeniería alcanzan voltajes de circuito abierto comparables a los de los dispositivos de referencia en obleas de InP de alta calidad. El rendimiento es uniforme en toda la oblea de 6 pulgadas, lo que permite una producción fiable y de alto rendimiento”.

Como parte de una serie de experimentos, el equipo de investigación ha producido obleas de InP sobre GaAs con un diámetro de 4 y 6 pulgadas, sin que se prevean obstáculos para una futura transición a 8 pulgadas. Por otro lado, los sustratos clásicos de fosfuro de indio están disponibles actualmente en tamaños de 2 a 4 pulgadas, y la versión de 6 pulgadas se ha lanzado recientemente. Esto se debe a que los sustratos de arseniuro de galio son más robustos y los formatos con un diámetro de hasta 8 pulgadas ya están bien establecidos en la industria de los semiconductores. La mayor estabilidad del arseniuro de galio también permite producir obleas más delgadas, lo que implica un menor uso de material y un ahorro en costos adicionales.

“Nuestra tecnología se beneficia naturalmente de utilizar arseniuro de galio como base», añade Carmine Pellegrino. «Los costes de producción de los nuevos sustratos son significativamente inferiores a los de las obleas de fosfuro de indio, con un potencial de ahorro de hasta el 80 % en la producción en masa, según nuestros primeros cálculos. Además, nuestro enfoque supera las limitaciones de suministro de fosfuro de indio”.