GaN Kristal Büyüme Yöntemi

Büyük boyutlu GaN tek kristal substratlar üretilirken HVPE şu anda ticarileştirme için en iyi seçimdir. Ancak büyütülen GaN'ın arka taşıyıcı konsantrasyonu tam olarak kontrol edilememektedir. MOCVD şu anda en olgun büyüme yöntemidir ancak pahalı hammaddeler gibi zorluklarla karşı karşıyadır. Büyüme için amonotermal yöntemGaNİstikrarlı ve dengeli bir büyüme ve yüksek kristal kalitesi sunar ancak büyüme hızı, büyük ölçekli ticari büyüme için çok yavaştır. Çözücü yöntemi çekirdeklenme sürecini tam olarak kontrol edemez ancak düşük dislokasyon yoğunluğuna ve gelecekteki gelişim için büyük potansiyele sahiptir. Atomik katman biriktirme ve magnetron püskürtme gibi diğer yöntemlerin de kendi avantaj ve dezavantajları vardır.

HVPE yöntemi

HVPE'ye Hidrit Buhar Faz Epitaksi adı verilir. Hızlı büyüme hızı ve büyük boyutlu kristallerin avantajlarına sahiptir. Bu sadece mevcut süreçteki en olgun teknolojilerden biri değil, aynı zamanda ticari olarak sağlamanın ana yöntemidir.GaN tek kristal substratlar. 1992'de Detchprohm ve ark. GaN ince filmlerini (400 nm) büyütmek için ilk kez HVPE'yi kullandı ve HVPE yöntemi geniş çapta ilgi gördü.

İlk olarak kaynak alanında HCl gazı sıvı Ga ile reaksiyona girerek galyum kaynağı (GaCl3) oluşturur ve ürün N2 ve H2 ile birlikte depolama alanına taşınır. Biriktirme alanında, Ga kaynağı ve N kaynağı (gaz halindeki NH3), sıcaklık 1000 °C'ye ulaştığında GaN (katı) oluşturmak üzere reaksiyona girer. Genel olarak GaN'in büyüme hızını etkileyen faktörler HCl gazı ve NH3'tür. Günümüzde istikrarlı büyümenin amacıGaNHVPE ekipmanının iyileştirilmesi ve optimize edilmesi ve büyüme koşullarının iyileştirilmesiyle başarılabilir.

HVPE yöntemi olgunlaşmıştır ve hızlı bir büyüme oranına sahiptir, ancak yetiştirilen kristallerin düşük kaliteli verimi ve zayıf ürün tutarlılığı gibi dezavantajları vardır. Teknik nedenlerden dolayı piyasadaki şirketler genellikle heteroepitaksiyel büyümeyi benimsiyor. Heteroepitaksiyal büyüme genellikle GaN'nin, safir veya Si üzerinde büyütüldükten sonra termal ayrıştırma, lazer kaldırma veya kimyasal aşındırma gibi ayırma teknolojileri kullanılarak tek bir kristal alt tabakaya ayrılmasıyla yapılır.

MOCVD yöntemi

MOCVD'ye metal organik bileşik buhar biriktirme adı verilir. Büyük ölçekli üretime uygun, istikrarlı büyüme oranı ve iyi büyüme kalitesi avantajlarına sahiptir. Şu anda en olgun teknolojidir ve üretimde en yaygın kullanılan teknolojilerden biri haline gelmiştir. MOCVD ilk olarak 1960'larda Mannacevit bilim adamları tarafından önerildi. 1980'lerde teknoloji olgunlaştı ve mükemmelleşti.

BüyümeGaNMOCVD'deki tek kristal malzemeler galyum kaynağı olarak esas olarak trimetilgalyum (TMGa) veya trietilgalyum (TEGa) kullanır. Her ikisi de oda sıcaklığında sıvıdır. Erime noktası gibi faktörler göz önüne alındığında, mevcut pazarın çoğu galyum kaynağı olarak TMGa'yı, reaksiyon gazı olarak NH3'ü ve taşıyıcı gaz olarak yüksek saflıkta N2'yi kullanıyor. Yüksek sıcaklık (600~1300 °C) koşullarında, safir yüzeyler üzerinde ince katmanlı GaN başarıyla hazırlanır.

Büyüme için MOCVD yöntemiGaNmükemmel ürün kalitesine, kısa büyüme döngüsüne ve yüksek verime sahiptir, ancak pahalı hammaddeler ve reaksiyon sürecinin hassas kontrolüne duyulan ihtiyaç gibi dezavantajları vardır.