Метод за растеж на кристали GaN

При производството на монокристални субстрати от GaN с големи размери, HVPE в момента е най-добрият избор за комерсиализация. Обаче концентрацията на обратния носител на нарасналия GaN не може да бъде точно контролирана. MOCVD е най-зрелият метод за растеж в момента, но е изправен пред предизвикателства като скъпи суровини. Амонотермален метод за отглежданеGaNпредлага стабилен и балансиран растеж и високо качество на кристалите, но темпът му на растеж е твърде бавен за мащабен търговски растеж. Методът на разтворителя не може да контролира прецизно процеса на нуклеация, но има ниска плътност на дислокация и голям потенциал за бъдещо развитие. Други методи, като отлагане на атомен слой и магнетронно разпрашване, също идват със своите предимства и недостатъци.

HVPE метод

HVPE се нарича епитаксия в хидридна фаза. Той има предимствата на бърз темп на растеж и големи кристали. Това е не само една от най-зрелите технологии в настоящия процес, но и основният метод за комерсиално предоставянеGaN монокристални субстрати. През 1992 г. Detchprohm et al. за първи път използва HVPE за отглеждане на тънки филми GaN (400 nm) и методът HVPE получи широко внимание.

Първо, в зоната на източника HCl газът реагира с течния Ga, за да генерира източник на галий (GaCl3) и продуктът се транспортира до зоната на отлагане заедно с N2 и H2. В зоната на отлагане източникът на Ga и източникът на N (газообразен NH3) реагират, за да генерират GaN (твърд), когато температурата достигне 1000 °C. Като цяло факторите, влияещи върху скоростта на растеж на GaN, са HCl газ и NH3. В наши дни целта на стабилния растеж наGaNможе да се постигне чрез подобряване и оптимизиране на HVPE оборудване и подобряване на условията за растеж.

Методът HVPE е зрял и има бърз темп на растеж, но има недостатъците на нискокачествен добив на отгледани кристали и лоша консистенция на продукта. Поради технически причини компаниите на пазара обикновено приемат хетероепитаксиален растеж. Хетероепитаксиалният растеж обикновено се извършва чрез разделяне на GaN в единичен кристален субстрат, като се използва технология за разделяне, като термично разлагане, лазерно излитане или химическо ецване след растеж върху сапфир или Si.

MOCVD метод

MOCVD се нарича отлагане на пари на метални органични съединения. Има предимствата на стабилен темп на растеж и добро качество на растеж, подходящ за широкомащабно производство. Това е най-зрялата технология в момента и се превърна в една от най-широко използваните технологии в производството. MOCVD е предложен за първи път от учени от Mannacevit през 60-те години на миналия век. През 80-те години технологията стана зряла и съвършена.

Растежът наGaNмонокристалните материали в MOCVD използват главно триметилгалий (TMGa) или триетилгалий (TEGa) като източник на галий. И двете са течни при стайна температура. Като се имат предвид фактори като точка на топене, по-голямата част от настоящия пазар използва TMGa като източник на галий, NH3 като реакционен газ и N2 с висока чистота като газ-носител. При условия на висока температура (600~1300 ℃), тънкослоен GaN се приготвя успешно върху сапфирови субстрати.

Методът MOCVD за отглежданеGaNима отлично качество на продукта, кратък цикъл на растеж и висок добив, но има недостатъците на скъпите суровини и необходимостта от прецизен контрол на реакционния процес.