Metod för GaN Crystal Growth

Vid produktion av stora GaN-enkristallsubstrat är HVPE för närvarande det bästa valet för kommersialisering. Den bakre bärarkoncentrationen av det odlade GaN kan emellertid inte kontrolleras exakt. MOCVD är den mest mogna tillväxtmetoden för närvarande, men den står inför utmaningar som dyra råvaror. Den ammonotermiska metoden för odlingGaNerbjuder stabil och balanserad tillväxt och hög kristallkvalitet, men dess tillväxttakt är för långsam för storskalig kommersiell tillväxt. Lösningsmedelsmetoden kan inte exakt styra kärnbildningsprocessen, men den har låg dislokationsdensitet och stor potential för framtida utveckling. Andra metoder, såsom atomskiktsavsättning och magnetronförstoftning, kommer också med sina egna fördelar och nackdelar.

HVPE-metoden

HVPE kallas Hydride Vapor Phase Epitaxi. Det har fördelarna med snabb tillväxthastighet och stora kristaller. Det är inte bara en av de mest mogna teknologierna i den nuvarande processen, utan också den huvudsakliga metoden för kommersiellt tillhandahållandeGaN enkristallsubstrat. År 1992, Detchprohm et al. använde först HVPE för att odla GaN-tunna filmer (400 nm), och HVPE-metoden har fått stor uppmärksamhet.

Först, i källområdet, reagerar HCl-gas med flytande Ga för att generera galliumkälla (GaCl3), och produkten transporteras till deponeringsområdet tillsammans med N2 och H2. I deponeringsområdet reagerar Ga-källa och N-källa (gasformig NH3) för att generera GaN (fast) när temperaturen når 1000 °C. Generellt är de faktorer som påverkar tillväxthastigheten för GaN HCl-gas och NH3. Numera är syftet med stabil tillväxt avGaNkan uppnås genom att förbättra och optimera HVPE-utrustning och förbättra tillväxtförhållandena.

HVPE-metoden är mogen och har en snabb tillväxthastighet, men den har nackdelarna med låg kvalitetsutbyte av odlade kristaller och dålig produktkonsistens. På grund av tekniska skäl antar företag på marknaden i allmänhet heteroepitaxiell tillväxt. Heteroepitaxiell tillväxt görs i allmänhet genom att separera GaN i ett enkristallsubstrat med hjälp av separationsteknik såsom termisk sönderdelning, laser-lift-off eller kemisk etsning efter tillväxt på safir eller Si.

MOCVD-metoden

MOCVD kallas ångavsättning av metallorganisk förening. Det har fördelarna med stabil tillväxthastighet och god tillväxtkvalitet, lämplig för storskalig produktion. Det är den mest mogna tekniken för närvarande och har blivit en av de mest använda teknologierna i produktionen. MOCVD föreslogs först av Mannacevit-forskare på 1960-talet. På 1980-talet blev tekniken mogen och perfekt.

Tillväxten avGaNenkristallmaterial i MOCVD använder huvudsakligen trimetylgallium (TMGa) eller trietylgallium (TEGa) som galliumkälla. Båda är flytande vid rumstemperatur. Med tanke på faktorer som smältpunkt använder större delen av den nuvarande marknaden TMGa som galliumkälla, NH3 som reaktionsgas och högren N2 som bärargas. Under höga temperaturer (600 ~ 1300 ℃) förhållanden framställs tunna skikt GaN framgångsrikt på safirsubstrat.

MOCVD-metoden för odlingGaNhar utmärkt produktkvalitet, kort tillväxtcykel och högt utbyte, men det har nackdelarna med dyra råvaror och behovet av exakt kontroll av reaktionsprocessen.