Metoda růstu krystalů GaN

Při výrobě velkorozměrových monokrystalických substrátů GaN je HVPE v současnosti nejlepší volbou pro komercializaci. Koncentraci zpětného nosiče pěstovaného GaN však nelze přesně kontrolovat. MOCVD je v současnosti nejvyspělejší metodou růstu, ale čelí výzvám, jako jsou drahé suroviny. Amonotermální metoda pěstováníGaNnabízí stabilní a vyvážený růst a vysokou kvalitu krystalů, ale jeho rychlost růstu je příliš pomalá pro komerční růst ve velkém měřítku. Rozpouštědlovou metodou nelze přesně řídit proces nukleace, ale má nízkou hustotu dislokací a velký potenciál pro budoucí rozvoj. Jiné metody, jako je nanášení atomové vrstvy a magnetronové naprašování, mají také své výhody a nevýhody.

HVPE metoda

HVPE se nazývá Epitaxe s hydridovou fází. Má výhody rychlého růstu a velkých krystalů. Je to nejen jedna z nejvyspělejších technologií v současném procesu, ale také hlavní způsob komerčního poskytováníGaN monokrystalické substráty. V roce 1992 Detchprohm a kol. nejprve použil HVPE k růstu tenkých vrstev GaN (400 nm) a metoda HVPE získala širokou pozornost.

Nejprve v oblasti zdroje reaguje plynný HCl s kapalným Ga za vzniku zdroje gallia (GaCl3) a produkt je transportován do depoziční oblasti spolu s N2 a H2. V depoziční oblasti reagují zdroj Ga a zdroj N (plynný NH3) za vzniku GaN (pevné látky), když teplota dosáhne 1000 °C. Obecně faktory ovlivňující rychlost růstu GaN jsou plynný HCl a NH3. V dnešní době je cílem stabilního růstuGaNlze dosáhnout zlepšením a optimalizací zařízení HVPE a zlepšením podmínek růstu.

Metoda HVPE je vyzrálá a má rychlou rychlost růstu, má však nevýhody nízké kvality výtěžku vyrostlých krystalů a špatné konzistence produktu. Z technických důvodů společnosti na trhu obecně přijímají heteroepitaxní růst. Heteroepitaxní růst se obecně provádí separací GaN do monokrystalového substrátu pomocí separační technologie, jako je tepelný rozklad, laserový lift-off nebo chemické leptání po růstu na safíru nebo Si.

Metoda MOCVD

MOCVD se nazývá napařování organických sloučenin kovů. Má výhody stabilní rychlosti růstu a dobré kvality růstu, vhodné pro velkovýrobu. Je to v současnosti nejvyspělejší technologie a stala se jednou z nejpoužívanějších technologií ve výrobě. MOCVD byl poprvé navržen učenci Mannacevit v 60. letech 20. století. V 80. letech se technologie stala zralou a dokonalou.

RůstGaNmonokrystalické materiály v MOCVD používají jako zdroj gallia hlavně trimethylgallium (TMGa) nebo triethylgallium (TEGa). Oba jsou při pokojové teplotě kapalné. S ohledem na faktory, jako je teplota tání, většina současného trhu používá TMGa jako zdroj gallia, NH3 jako reakční plyn a vysoce čistý N2 jako nosný plyn. Za podmínek vysoké teploty (600~1300 ℃) se tenkovrstvý GaN úspěšně připravuje na safírových substrátech.

Metoda MOCVD pro pěstováníGaNmá vynikající kvalitu produktu, krátký růstový cyklus a vysoký výtěžek, má však nevýhody drahých surovin a potřebu přesné kontroly reakčního procesu.