Metoda rasti kristalov GaN

Pri izdelavi monokristalnih substratov GaN velikih dimenzij je HVPE trenutno najboljša izbira za komercializacijo. Vendar pa koncentracije zadnjega nosilca gojenega GaN ni mogoče natančno nadzorovati. MOCVD je trenutno najbolj zrela metoda rasti, vendar se sooča z izzivi, kot so drage surovine. Amonotermalna metoda gojenjaGaNponuja stabilno in uravnoteženo rast ter visoko kakovost kristalov, vendar je njegova stopnja rasti prepočasna za obsežno komercialno rast. S topilno metodo ni mogoče natančno nadzorovati procesa nukleacije, vendar ima nizko gostoto dislokacij in velik potencial za prihodnji razvoj. Tudi druge metode, kot sta nanos atomskih plasti in magnetronsko razprševanje, imajo svoje prednosti in slabosti.

Metoda HVPE

HVPE se imenuje epitaksija s hidridno parno fazo. Prednosti so hitra rast in veliki kristali. To ni le ena najbolj zrelih tehnologij v trenutnem procesu, ampak tudi glavna metoda komercialnega zagotavljanjaMonokristalni substrati GaN. Leta 1992 sta Detchprohm et al. prvi uporabil HVPE za gojenje tankih filmov GaN (400 nm), metoda HVPE pa je prejela široko pozornost.

Najprej v območju vira plin HCl reagira s tekočim Galijem, da ustvari vir galija (GaCl3), produkt pa se skupaj z N2 in H2 transportira v območje odlaganja. V območju nanašanja vir Ga in vir N (plinasti NH3) reagirata, da ustvarita GaN (trden), ko temperatura doseže 1000 °C. Na splošno sta dejavnika, ki vplivata na hitrost rasti GaN, plin HCl in NH3. Dandanes je namen stabilne rastiGaNje mogoče doseči z izboljšanjem in optimizacijo opreme HVPE ter izboljšanjem pogojev rasti.

Metoda HVPE je zrela in ima hitro stopnjo rasti, vendar ima slabosti nizke kakovosti izkoristka gojenih kristalov in slabe konsistence izdelka. Podjetja na trgu zaradi tehničnih razlogov večinoma uporabljajo heteroepitaksialno rast. Heteroepitaksialna rast se na splošno izvede z ločevanjem GaN v enokristalni substrat z uporabo tehnologije ločevanja, kot je termična razgradnja, lasersko dviganje ali kemično jedkanje po rasti na safirju ali siliciju.

Metoda MOCVD

MOCVD se imenuje naparjevanje kovinskih organskih spojin. Ima prednosti stabilne stopnje rasti in dobre kakovosti rasti, primerne za obsežno proizvodnjo. To je trenutno najbolj zrela tehnologija in je postala ena najpogosteje uporabljenih tehnologij v proizvodnji. MOCVD so prvi predlagali znanstveniki Mannacevita v šestdesetih letih prejšnjega stoletja. V osemdesetih letih je tehnologija postala zrela in popolna.

RastGaNmonokristalni materiali v MOCVD uporabljajo predvsem trimetilgalij (TMGa) ali trietilgalij (TEGa) kot vir galija. Oba sta pri sobni temperaturi tekoča. Ob upoštevanju dejavnikov, kot je tališče, večina trenutnega trga uporablja TMGa kot vir galija, NH3 kot reakcijski plin in N2 visoke čistosti kot nosilni plin. V pogojih visoke temperature (600 ~ 1300 ℃) je tankoslojni GaN uspešno pripravljen na safirnih substratih.

Metoda MOCVD za gojenjeGaNima odlično kakovost izdelka, kratek rastni cikel in visok izkoristek, vendar ima slabosti dragih surovin in potrebe po natančnem nadzoru reakcijskega procesa.