Μέθοδος ανάπτυξης κρυστάλλων GaN

Κατά την παραγωγή υποστρωμάτων μονού κρυστάλλου GaN μεγάλου μεγέθους, το HVPE είναι επί του παρόντος η καλύτερη επιλογή για εμπορευματοποίηση. Ωστόσο, η συγκέντρωση οπίσθιου φορέα του αναπτυσσόμενου GaN δεν μπορεί να ελεγχθεί με ακρίβεια. Η MOCVD είναι η πιο ώριμη μέθοδος ανάπτυξης προς το παρόν, αλλά αντιμετωπίζει προκλήσεις όπως ακριβές πρώτες ύλες. Η αμμωνοθερμική μέθοδος καλλιέργειαςGaNπροσφέρει σταθερή και ισορροπημένη ανάπτυξη και υψηλή ποιότητα κρυστάλλων, αλλά ο ρυθμός ανάπτυξής του είναι πολύ αργός για μεγάλης κλίμακας εμπορική ανάπτυξη. Η μέθοδος του διαλύτη δεν μπορεί να ελέγχει με ακρίβεια τη διαδικασία πυρήνωσης, αλλά έχει χαμηλή πυκνότητα εξάρθρωσης και μεγάλες δυνατότητες για μελλοντική ανάπτυξη. Άλλες μέθοδοι, όπως η εναπόθεση ατομικού στρώματος και η επιμετάλλωση μαγνητρονίων, έχουν επίσης τα δικά τους πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα.

Μέθοδος HVPE

Το HVPE ονομάζεται Επιταξία Φάσης Υδριδίου Ατμού. Έχει τα πλεονεκτήματα του γρήγορου ρυθμού ανάπτυξης και των κρυστάλλων μεγάλου μεγέθους. Δεν είναι μόνο μία από τις πιο ώριμες τεχνολογίες στην τρέχουσα διαδικασία, αλλά και η κύρια μέθοδος εμπορικής παροχήςμονοκρυσταλλικά υποστρώματα GaN. Το 1992, οι Detchprohm et al. χρησιμοποίησε για πρώτη φορά HVPE για την ανάπτυξη λεπτών μεμβρανών GaN (400 nm) και η μέθοδος HVPE έχει λάβει ευρεία προσοχή.

Πρώτον, στην περιοχή της πηγής, το αέριο HCl αντιδρά με το υγρό Ga για να δημιουργήσει πηγή γαλλίου (GaCl3) και το προϊόν μεταφέρεται στην περιοχή εναπόθεσης μαζί με τα N2 και H2. Στην περιοχή εναπόθεσης, η πηγή Ga και η πηγή Ν (αέριο NH3) αντιδρούν για να δημιουργήσουν GaN (στερεό) όταν η θερμοκρασία φτάσει τους 1000 °C. Γενικά, οι παράγοντες που επηρεάζουν τον ρυθμό ανάπτυξης του GaN είναι το αέριο HCl και το NH3. Στις μέρες μας, σκοπός της σταθερής ανάπτυξης τουGaNμπορεί να επιτευχθεί με τη βελτίωση και τη βελτιστοποίηση του εξοπλισμού HVPE και τη βελτίωση των συνθηκών ανάπτυξης.

Η μέθοδος HVPE είναι ώριμη και έχει γρήγορο ρυθμό ανάπτυξης, αλλά έχει τα μειονεκτήματα της χαμηλής ποιότητας απόδοσης καλλιεργημένων κρυστάλλων και της κακής συνοχής του προϊόντος. Για τεχνικούς λόγους, οι εταιρείες στην αγορά υιοθετούν γενικά την ετεροεπιταξιακή ανάπτυξη. Η ετεροεπιταξιακή ανάπτυξη γίνεται γενικά με διαχωρισμό του GaN σε ένα μονοκρυσταλλικό υπόστρωμα χρησιμοποιώντας τεχνολογία διαχωρισμού όπως θερμική αποσύνθεση, ανύψωση με λέιζερ ή χημική χάραξη μετά την ανάπτυξη σε ζαφείρι ή Si.

Μέθοδος MOCVD

Το MOCVD ονομάζεται εναπόθεση ατμών οργανικής ένωσης μετάλλων. Έχει τα πλεονεκτήματα του σταθερού ρυθμού ανάπτυξης και της καλής ποιότητας ανάπτυξης, κατάλληλο για παραγωγή μεγάλης κλίμακας. Είναι η πιο ώριμη τεχνολογία αυτή τη στιγμή και έχει γίνει μια από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες τεχνολογίες στην παραγωγή. Το MOCVD προτάθηκε για πρώτη φορά από μελετητές του Mannacevit τη δεκαετία του 1960. Στη δεκαετία του 1980, η τεχνολογία έγινε ώριμη και τέλεια.

Η ανάπτυξη τουGaNΤα μονοκρυσταλλικά υλικά στο MOCVD χρησιμοποιούν κυρίως τριμεθυλογάλλιο (TMGa) ή τριαιθυλογάλλιο (TEGa) ως πηγή γαλλίου. Και τα δύο είναι υγρά σε θερμοκρασία δωματίου. Λαμβάνοντας υπόψη παράγοντες όπως το σημείο τήξης, το μεγαλύτερο μέρος της τρέχουσας αγοράς χρησιμοποιεί το TMGa ως πηγή γαλλίου, το NH3 ως αέριο αντίδρασης και το N2 υψηλής καθαρότητας ως αέριο φορέα. Υπό συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας (600~1300 ℃), το GaN λεπτής στρώσης παρασκευάζεται με επιτυχία σε υποστρώματα ζαφείρι.

Η μέθοδος MOCVD για την καλλιέργειαGaNέχει εξαιρετική ποιότητα προϊόντος, σύντομο κύκλο ανάπτυξης και υψηλή απόδοση, αλλά έχει τα μειονεκτήματα των ακριβών πρώτων υλών και την ανάγκη για ακριβή έλεγχο της διαδικασίας αντίδρασης.