Metode til GaN krystalvækst

Ved fremstilling af GaN-enkeltkrystalsubstrater i store størrelser er HVPE i øjeblikket det bedste valg til kommercialisering. Imidlertid kan bagbærerkoncentrationen af ​​det dyrkede GaN ikke kontrolleres præcist. MOCVD er den mest modne vækstmetode på nuværende tidspunkt, men den står over for udfordringer såsom dyre råvarer. Den ammonotermiske metode til dyrkningGaNtilbyder stabil og afbalanceret vækst og høj krystalkvalitet, men dens væksthastighed er for langsom til kommerciel vækst i stor skala. Opløsningsmiddelmetoden kan ikke præcist kontrollere nukleeringsprocessen, men den har lav dislokationstæthed og stort potentiale for fremtidig udvikling. Andre metoder, såsom aflejring af atomlag og magnetronforstøvning, har også deres egne fordele og ulemper.

HVPE metode

HVPE kaldes Hydride Vapor Phase Epitaxy. Det har fordelene ved hurtig væksthastighed og store krystaller. Det er ikke kun en af ​​de mest modne teknologier i den nuværende proces, men også den vigtigste metode til kommercielt leveringGaN enkeltkrystalsubstrater. I 1992, Detchprohm et al. brugte først HVPE til at dyrke GaN tynde film (400 nm), og HVPE-metoden har fået bred opmærksomhed.

Først i kildeområdet reagerer HCl-gas med flydende Ga for at danne galliumkilde (GaCl3), og produktet transporteres til aflejringsområdet sammen med N2 og H2. I deponeringsområdet reagerer Ga-kilde og N-kilde (gasformig NH3) for at danne GaN (fast stof), når temperaturen når 1000 °C. Generelt er de faktorer, der påvirker væksthastigheden af ​​GaN, HCl-gas og NH3. I dag er formålet med stabil vækst afGaNkan opnås ved at forbedre og optimere HVPE-udstyr og forbedre vækstbetingelserne.

HVPE-metoden er moden og har en hurtig væksthastighed, men den har ulemperne ved lavt kvalitetsudbytte af dyrkede krystaller og dårlig produktkonsistens. På grund af tekniske årsager anvender virksomheder på markedet generelt heteroepitaksial vækst. Heteroepitaxial vækst udføres generelt ved at adskille GaN i et enkelt krystalsubstrat ved hjælp af separationsteknologi såsom termisk nedbrydning, laser-lift-off eller kemisk ætsning efter vækst på safir eller Si.

MOCVD metode

MOCVD kaldes metal organisk forbindelse dampaflejring. Det har fordelene ved stabil væksthastighed og god vækstkvalitet, velegnet til storskalaproduktion. Det er den mest modne teknologi på nuværende tidspunkt og er blevet en af ​​de mest udbredte teknologier i produktionen. MOCVD blev først foreslået af Mannacevit-forskere i 1960'erne. I 1980'erne blev teknologien moden og perfekt.

Væksten afGaNenkeltkrystalmaterialer i MOCVD bruger hovedsageligt trimethylgallium (TMGa) eller triethylgallium (TEGa) som galliumkilde. Begge er flydende ved stuetemperatur. I betragtning af faktorer som smeltepunkt bruger det meste af det nuværende marked TMGa som galliumkilde, NH3 som reaktionsgas og N2 med høj renhed som bæregas. Under høje temperaturer (600 ~ 1300 ℃) betingelser, er tyndtlags GaN med succes forberedt på safir substrater.

MOCVD-metoden til dyrkningGaNhar fremragende produktkvalitet, kort vækstcyklus og højt udbytte, men det har ulemperne ved dyre råvarer og behovet for præcis styring af reaktionsprocessen.