GaN-kristallide kasvatamise meetod

Suuremõõtmeliste GaN monokristallsubstraatide tootmisel on HVPE praegu parim valik turustamiseks. Kasvanud GaN-i tagakandja kontsentratsiooni ei saa aga täpselt kontrollida. MOCVD on praegu kõige küpsem kasvumeetod, kuid see seisab silmitsi väljakutsetega, nagu kallid toorained. Ammonotermiline meetod kasvatamiseksGaNpakub stabiilset ja tasakaalustatud kasvu ning kõrget kristallide kvaliteeti, kuid selle kasvutempo on liiga aeglane suuremahuliseks kommertskasvuks. Lahustimeetodiga ei saa tuuma moodustumise protsessi täpselt juhtida, kuid sellel on madal dislokatsioonitihedus ja suur potentsiaal edasiseks arenguks. Ka teistel meetoditel, nagu aatomkihtsadestamine ja magnetroni pihustamine, on oma eelised ja puudused.

HVPE meetod

HVPE-d nimetatakse hüdriidi aurufaasi epitaksiks. Selle eelisteks on kiire kasvukiirus ja suured kristallid. See pole mitte ainult üks praeguse protsessi kõige küpsemaid tehnoloogiaid, vaid ka peamine kaubandusliku pakkumise meetodGaN ühekristallilised substraadid. 1992. aastal kirjutasid Detchprohm jt. kasutas esmakordselt HVPE-d GaN õhukeste kilede (400 nm) kasvatamiseks ja HVPE meetod on pälvinud laialdast tähelepanu.

Esiteks reageerib gaas HCl allika piirkonnas vedela Ga-ga, tekitades galliumiallika (GaCl3) ja toode transporditakse koos N2 ja H2-ga ladestusalale. Sadestamisalal reageerivad Ga allikas ja lämmastikuallikas (gaasiline NH3), tekitades GaN (tahke aine), kui temperatuur jõuab 1000 °C-ni. Üldiselt on GaN kasvukiirust mõjutavad tegurid gaas HCl ja NH3. Tänapäeval on eesmärgiks stabiilse kasvuGaNon võimalik saavutada HVPE seadmete täiustamise ja optimeerimisega ning kasvutingimuste parandamisega.

HVPE meetod on küps ja kiire kasvutempoga, kuid selle puuduseks on kasvanud kristallide madal kvaliteet ja toote halb konsistents. Tehnilistel põhjustel kasutavad turul olevad ettevõtted üldiselt heteroepitaksiaalset kasvu. Heteroepitaksiaalne kasvatamine toimub tavaliselt GaN eraldamisega monokristalli substraadiks, kasutades eraldustehnoloogiat, nagu termiline lagunemine, laseriga eemaldamine või keemiline söövitus pärast kasvu safiiril või Si-l.

MOCVD meetod

MOCVD-d nimetatakse metalli orgaaniliste ühendite aurustamiseks. Sellel on stabiilne kasvutempo ja hea kasvukvaliteet, mis sobivad suuremahuliseks tootmiseks. See on praegu kõige küpsem tehnoloogia ja sellest on saanud tootmises üks enim kasutatavaid tehnoloogiaid. MOCVD pakkusid esmakordselt välja Mannaceviti teadlased 1960. aastatel. 1980. aastatel muutus tehnoloogia küpseks ja täiuslikuks.

KasvGaNMOCVD monokristallmaterjalid kasutavad galliumiallikana peamiselt trimetüülgalliumi (TMGa) või trietüülgalliumi (TEGa). Mõlemad on toatemperatuuril vedelad. Arvestades selliseid tegureid nagu sulamistemperatuur, kasutab enamik praegusest turust galliumi allikana TMGa, reaktsioonigaasina NH3 ja kandegaasina kõrge puhtusastmega N2. Kõrge temperatuuri (600–1300 ℃) tingimustes valmistatakse õhukese kihi GaN edukalt safiirsubstraatidele.

MOCVD meetod kasvatamiseksGaNSellel on suurepärane tootekvaliteet, lühike kasvutsükkel ja kõrge saagikus, kuid selle puuduseks on kallis tooraine ja vajadus reaktsiooniprotsessi täpseks juhtimiseks.