Metoda wzrostu kryształów GaN

Przy produkcji wielkogabarytowych podłoży monokrystalicznych GaN, HVPE jest obecnie najlepszym wyborem do komercjalizacji. Jednakże stężenie nośnika tylnego w wyhodowanym GaN nie może być precyzyjnie kontrolowane. MOCVD jest obecnie najbardziej dojrzałą metodą wzrostu, ale wiąże się z wyzwaniami, takimi jak drogie surowce. Amonotermiczna metoda uprawyGaNzapewnia stabilny i zrównoważony wzrost oraz wysoką jakość kryształów, ale jego tempo wzrostu jest zbyt wolne, aby zapewnić rozwój komercyjny na dużą skalę. Metodą rozpuszczalnikową nie można precyzyjnie kontrolować procesu zarodkowania, ale ma niską gęstość dyslokacji i duży potencjał przyszłego rozwoju. Inne metody, takie jak osadzanie warstw atomowych i rozpylanie magnetronowe, również mają swoje zalety i wady.

Metoda HVPE

HVPE nazywa się epitaksją wodorkową w fazie gazowej. Ma zalety szybkiego tempa wzrostu i kryształów o dużych rozmiarach. Jest to nie tylko jedna z najbardziej dojrzałych technologii w obecnym procesie, ale także główna metoda dostarczania komercyjnegoPodłoża monokrystaliczne GaN. W 1992 r. Detchprohm i in. po raz pierwszy zastosował HVPE do hodowli cienkich warstw GaN (400 nm), a metoda HVPE spotkała się z szerokim zainteresowaniem.

Najpierw w obszarze źródłowym gazowy HCl reaguje z ciekłym Ga, tworząc źródło galu (GaCl3), a produkt jest transportowany do obszaru osadzania wraz z N2 i H2. W obszarze osadzania źródło Ga i źródło N (gazowy NH3) reagują, tworząc GaN (ciało stałe), gdy temperatura osiąga 1000 °C. Ogólnie rzecz biorąc, czynnikami wpływającymi na szybkość wzrostu GaN są gazowy HCl i NH3. Obecnie celem stabilnego wzrostuGaNmożna osiągnąć poprzez ulepszenie i optymalizację sprzętu HVPE oraz poprawę warunków wzrostu.

Metoda HVPE jest dojrzała i charakteryzuje się szybkim tempem wzrostu, ale ma wady w postaci niskiej jakości wydajności hodowanych kryształów i słabej konsystencji produktu. Ze względów technicznych firmy na rynku generalnie przyjmują wzrost heteroepitaksjalny. Wzrost heteroepitaksjalny zazwyczaj przeprowadza się poprzez rozdzielenie GaN na podłoże monokrystaliczne przy użyciu technologii separacji, takiej jak rozkład termiczny, oderwanie laserowe lub trawienie chemiczne po hodowli na szafirze lub Si.

Metoda MOCVD

MOCVD nazywa się osadzaniem z fazy gazowej związków metaloorganicznych. Ma zalety stabilnego tempa wzrostu i dobrej jakości wzrostu, odpowiednie do produkcji na dużą skalę. Jest to obecnie najbardziej dojrzała technologia, która stała się jedną z najczęściej stosowanych w produkcji. MOCVD został po raz pierwszy zaproponowany przez badaczy Mannacevitu w latach sześćdziesiątych XX wieku. W latach 80. technologia stała się dojrzała i doskonała.

WzrostGaNMateriały monokrystaliczne w MOCVD wykorzystują głównie trimetylogal (TMGa) lub trietylogal (TEGa) jako źródło galu. Oba są płynne w temperaturze pokojowej. Biorąc pod uwagę takie czynniki, jak temperatura topnienia, większość obecnego rynku wykorzystuje TMGa jako źródło galu, NH3 jako gaz reakcyjny i N2 o wysokiej czystości jako gaz nośny. W warunkach wysokiej temperatury (600 ~ 1300 ℃) cienkowarstwowy GaN jest z powodzeniem wytwarzany na podłożach szafirowych.

Metoda uprawy MOCVDGaNcharakteryzuje się doskonałą jakością produktu, krótkim cyklem wzrostu i wysoką wydajnością, ale ma wady związane z drogimi surowcami i koniecznością precyzyjnej kontroli procesu reakcji.