A GaN kristálynövekedés módszere

A nagyméretű GaN egykristály szubsztrátumok előállítása során jelenleg a HVPE a legjobb választás a kereskedelmi forgalomba hozatalhoz. A kinőtt GaN hátsó hordozókoncentrációja azonban nem szabályozható pontosan. A MOCVD jelenleg a legérettebb növekedési módszer, de olyan kihívásokkal néz szembe, mint a drága nyersanyagok. Ammonotermikus termesztési módszerGaNstabil és kiegyensúlyozott növekedést és kiváló kristályminőséget kínál, de növekedési üteme túl lassú a nagyszabású kereskedelmi növekedéshez. Az oldószeres módszerrel nem lehet pontosan szabályozni a nukleációs folyamatot, de alacsony a diszlokációs sűrűsége és nagy a jövőbeli fejlődési lehetősége. Más módszereknek, mint például az atomi réteges leválasztás és a magnetronos porlasztás, szintén megvannak a maguk előnyei és hátrányai.

HVPE módszer

A HVPE-t hidrid gőzfázisú epitaxiának nevezik. Előnyei a gyors növekedési ütem és a nagyméretű kristályok. Ez nemcsak a jelenlegi folyamat egyik legfejlettebb technológiája, hanem a kereskedelmi forgalomba hozatal fő módja isGaN egykristály szubsztrátok. 1992-ben Detchprohm et al. először HVPE-t használtak GaN vékonyrétegek (400 nm) növesztésére, és a HVPE-módszer széleskörű figyelmet kapott.

Először is, a forrásterületen a HCl gáz reakcióba lép a folyékony Ga-val, galliumforrást (GaCl3) hozva létre, és a termék az N2-vel és H2-vel együtt a lerakódási területre kerül. A lerakódási területen a Ga-forrás és az N-forrás (gáz-halmazállapotú NH3) reakcióba lép GaN-t (szilárd anyagot) generálva, amikor a hőmérséklet eléri az 1000 °C-ot. Általában a GaN növekedési sebességét befolyásoló tényezők a HCl gáz és az NH3. Napjainkban a stabil növekedés céljaGaNa HVPE berendezések fejlesztésével és optimalizálásával, valamint a növekedési feltételek javításával érhető el.

A HVPE módszer kiforrott és gyors növekedési rátával rendelkezik, de hátránya a kinőtt kristályok alacsony minőségű hozama és a termék gyenge konzisztenciája. Technikai okok miatt a piacon lévő vállalatok általában heteroepitaxiális növekedést alkalmaznak. A heteroepitaxiális növesztés általában úgy történik, hogy a GaN-t egykristályos szubsztrátummá választják szét olyan elválasztási technológiával, mint a termikus lebontás, a lézeres kiemelés vagy a zafíron vagy Si-n történő tenyésztés utáni kémiai maratás.

MOCVD módszer

A MOCVD-t fém szerves vegyület gőzleválasztásnak nevezik. Előnye a stabil növekedési ütem és a jó növekedési minőség, amely alkalmas nagyüzemi termelésre. Jelenleg ez a legfejlettebb technológia, és a gyártásban az egyik legszélesebb körben használt technológia lett. A MOCVD-t először Mannacevit tudósai javasolták az 1960-as években. Az 1980-as években a technológia kiforrott és tökéletes lett.

A növekedéseGaNA MOCVD egykristályos anyagai főként trimetilgalliumot (TMGa) vagy trietilgalliumot (TEGa) használnak galliumforrásként. Mindkettő szobahőmérsékleten folyékony. Figyelembe véve az olyan tényezőket, mint az olvadáspont, a jelenlegi piac nagy része TMGa-t használ galliumforrásként, NH3-t reakciógázként és nagy tisztaságú N2-t vivőgázként. Magas hőmérsékletű (600-1300 ℃) körülmények között a vékonyrétegű GaN sikeresen előállítható zafír felületeken.

A MOCVD módszer a termesztéshezGaNKiváló termékminőséggel, rövid növekedési ciklussal és magas hozammal rendelkezik, de hátrányai vannak a drága nyersanyagok és a reakciófolyamat pontos szabályozásának igénye.