Метод вирощування кристалів GaN

При виробництві великорозмірних монокристалічних підкладок GaN HVPE наразі є найкращим вибором для комерціалізації. Однак концентрацію зворотних носіїв вирощеного GaN неможливо точно контролювати. MOCVD є найбільш зрілим методом вирощування на даний момент, але він стикається з проблемами, такими як дорога сировина. Амонотермічний спосіб вирощуванняGaNзабезпечує стабільне та збалансоване зростання та високу якість кристалів, але його темпи росту надто повільні для великомасштабного комерційного зростання. Метод розчинника не може точно контролювати процес зародження, але він має низьку щільність дислокацій і великий потенціал для майбутнього розвитку. Інші методи, такі як атомарне шарове осадження та магнетронне розпилення, також мають свої переваги та недоліки.

Метод HVPE

HVPE називається епітаксією з парної гідридної фази. Він має такі переваги, як швидке зростання та великі кристали. Це не лише одна з найбільш зрілих технологій у поточному процесі, але й основний метод комерційного забезпеченняМонокристалічні підкладки GaN. У 1992 році Detchprohm та ін. вперше використав HVPE для вирощування тонких плівок GaN (400 нм), і метод HVPE отримав широку увагу.

Спочатку в зоні джерела газоподібний HCl реагує з рідким Ga, утворюючи джерело галію (GaCl3), і продукт транспортується до зони осадження разом з N2 і H2. У зоні осадження джерело Ga та джерело N (газоподібний NH3) реагують, утворюючи GaN (твердий), коли температура досягає 1000 °C. Як правило, факторами, що впливають на швидкість росту GaN, є газ HCl і NH3. В даний час мета стабільного зростанняGaNможна досягти шляхом вдосконалення та оптимізації обладнання HVPE та покращення умов росту.

Метод HVPE є зрілим і має швидку швидкість росту, але він має недоліки, пов’язані з низькою якістю виходу вирощених кристалів і поганою консистенцією продукту. Через технічні причини компанії на ринку зазвичай використовують гетероепітаксіальне зростання. Гетероепітаксіальне вирощування зазвичай здійснюється шляхом поділу GaN на монокристалічну підкладку за допомогою технології поділу, такої як термічне розкладання, лазерне відривання або хімічне травлення після вирощування на сапфірі або Si.

Метод MOCVD

MOCVD називається осадженням металевих органічних сполук з парів. Він має такі переваги, як стабільний темп росту та хороша якість росту, що підходить для великомасштабного виробництва. Це найбільш зріла технологія на даний момент, яка стала однією з найбільш широко використовуваних технологій у виробництві. MOCVD вперше запропонували вчені Mannacevit у 1960-х роках. У 1980-х технологія стала зрілою та досконалою.

ЗростанняGaNмонокристалічні матеріали в MOCVD в основному використовують триметилгалій (TMGa) або триетилгалій (TEGa) як джерело галію. Обидва є рідкими при кімнатній температурі. Беручи до уваги такі фактори, як температура плавлення, більшість поточного ринку використовує TMGa як джерело галію, NH3 як реакційний газ і високочистий N2 як газ-носій. В умовах високої температури (600~1300 ℃) тонкошаровий GaN успішно готується на сапфірових підкладках.

Метод MOCVD для вирощуванняGaNмає відмінну якість продукту, короткий цикл росту та високий вихід, але має недоліки, пов’язані з дорогою сировиною та необхідністю точного контролю процесу реакції.