Metode for GaN-krystallvekst

Når du produserer GaN enkeltkrystallsubstrater i store størrelser, er HVPE for tiden det beste valget for kommersialisering. Imidlertid kan bakbærerkonsentrasjonen til det dyrkede GaN ikke kontrolleres nøyaktig. MOCVD er den mest modne vekstmetoden i dag, men den står overfor utfordringer som dyre råvarer. Den ammonotermiske metoden for dyrkingGaNtilbyr stabil og balansert vekst og høy krystallkvalitet, men veksthastigheten er for langsom for storskala kommersiell vekst. Løsningsmiddelmetoden kan ikke kontrollere kjernedannelsesprosessen nøyaktig, men den har lav dislokasjonstetthet og stort potensial for fremtidig utvikling. Andre metoder, som atomlagsavsetning og magnetronforstøvning, har også sine egne fordeler og ulemper.

HVPE-metoden

HVPE kalles Hydride Vapor Phase Epitaxy. Den har fordelene med rask veksthastighet og store krystaller. Det er ikke bare en av de mest modne teknologiene i den nåværende prosessen, men også hovedmetoden for kommersielt leveringGaN enkeltkrystallsubstrater. I 1992, Detchprohm et al. først brukte HVPE for å dyrke GaN-tynne filmer (400 nm), og HVPE-metoden har fått bred oppmerksomhet.

Først, i kildeområdet, reagerer HCl-gass med flytende Ga for å generere galliumkilde (GaCl3), og produktet transporteres til avsetningsområdet sammen med N2 og H2. I deponeringsområdet reagerer Ga-kilde og N-kilde (gassformig NH3) for å generere GaN (fast stoff) når temperaturen når 1000 °C. Generelt er faktorene som påvirker veksthastigheten til GaN HCl-gass og NH3. I dag er hensikten med stabil vekst avGaNkan oppnås ved å forbedre og optimalisere HVPE-utstyr og forbedre vekstforholdene.

HVPE-metoden er moden og har en rask veksthastighet, men den har ulempene med lav kvalitetsutbytte av dyrkede krystaller og dårlig produktkonsistens. På grunn av tekniske årsaker adopterer selskaper på markedet generelt heteropitaksial vekst. Heteroepitaksial vekst gjøres vanligvis ved å separere GaN i et enkelt krystallsubstrat ved bruk av separasjonsteknologi som termisk dekomponering, laserløfting eller kjemisk etsing etter vekst på safir eller Si.

MOCVD-metoden

MOCVD kalles dampavsetning av metallorganisk forbindelse. Den har fordelene med stabil veksthastighet og god vekstkvalitet, egnet for storskala produksjon. Det er den mest modne teknologien for tiden og har blitt en av de mest brukte teknologiene i produksjonen. MOCVD ble først foreslått av Mannacevit-forskere på 1960-tallet. På 1980-tallet ble teknologien moden og perfekt.

Veksten avGaNenkeltkrystallmaterialer i MOCVD bruker hovedsakelig trimetylgallium (TMGa) eller trietylgallium (TEGa) som galliumkilde. Begge er flytende ved romtemperatur. Tatt i betraktning faktorer som smeltepunkt, bruker det meste av det nåværende markedet TMGa som galliumkilde, NH3 som reaksjonsgass og N2 med høy renhet som bæregass. Under forhold med høye temperaturer (600~1300 ℃), er tynnsjikts GaN vellykket forberedt på safirunderlag.

MOCVD-metoden for dyrkingGaNhar utmerket produktkvalitet, kort vekstsyklus og høyt utbytte, men det har ulempene med dyre råvarer og behovet for presis kontroll av reaksjonsprosessen.