Methode voor GaN-kristalgroei

Bij de productie van grote GaN-eenkristalsubstraten is HVPE momenteel de beste keuze voor commercialisering. De achterdragerconcentratie van het gegroeide GaN kan echter niet nauwkeurig worden gecontroleerd. MOCVD is momenteel de meest volwassen groeimethode, maar kent uitdagingen zoals dure grondstoffen. De ammonothermische kweekmethodeGaNbiedt stabiele en evenwichtige groei en hoge kristalkwaliteit, maar de groeisnelheid is te langzaam voor grootschalige commerciële groei. De oplosmiddelmethode kan het kiemvormingsproces niet nauwkeurig controleren, maar heeft een lage dislocatiedichtheid en een groot potentieel voor toekomstige ontwikkeling. Andere methoden, zoals afzetting van atomaire lagen en magnetronsputteren, hebben ook hun eigen voor- en nadelen.

HVPE-methode

HVPE wordt hydridedampfase-epitaxie genoemd. Het heeft de voordelen van een snelle groeisnelheid en grote kristallen. Het is niet alleen een van de meest volwassen technologieën in het huidige proces, maar ook de belangrijkste methode voor het commercieel aanbieden ervanGaN-eenkristalsubstraten. In 1992 hebben Detchprohm et al. gebruikte voor het eerst HVPE om dunne GaN-films (400 nm) te laten groeien, en de HVPE-methode heeft brede aandacht gekregen.

Ten eerste reageert HCl-gas in het brongebied met vloeibaar Ga om galliumbron (GaCl3) te genereren, en het product wordt samen met N2 en H2 naar het depositiegebied getransporteerd. In het depositiegebied reageren Ga-bron en N-bron (gasvormig NH3) om GaN (vast) te genereren wanneer de temperatuur 1000 °C bereikt. Over het algemeen zijn de factoren die de groeisnelheid van GaN beïnvloeden HCl-gas en NH3. Tegenwoordig is het doel van stabiele groei vanGaNkan worden bereikt door HVPE-apparatuur te verbeteren en te optimaliseren en de groeiomstandigheden te verbeteren.

De HVPE-methode is volwassen en heeft een hoge groeisnelheid, maar heeft de nadelen van een lage opbrengst van gegroeide kristallen en een slechte productconsistentie. Om technische redenen adopteren bedrijven op de markt over het algemeen hetero-epitaxiale groei. Heteroepitaxiale groei wordt over het algemeen gedaan door GaN te scheiden in een monokristallijn substraat met behulp van scheidingstechnologie zoals thermische ontleding, laserlift-off of chemisch etsen na groei op saffier of Si.

MOCVD-methode

MOCVD wordt dampafzetting van metaalorganische verbindingen genoemd. Het heeft de voordelen van een stabiele groeisnelheid en een goede groeikwaliteit, geschikt voor productie op grote schaal. Het is momenteel de meest volwassen technologie en is uitgegroeid tot een van de meest gebruikte technologieën in de productie. MOCVD werd voor het eerst voorgesteld door Mannacevit-geleerden in de jaren zestig. In de jaren tachtig werd de technologie volwassen en perfect.

De groei vanGaNmonokristallijne materialen in MOCVD gebruiken voornamelijk trimethylgallium (TMGa) of triethylgallium (TEGa) als galliumbron. Beide zijn vloeibaar bij kamertemperatuur. Rekening houdend met factoren zoals het smeltpunt, gebruikt het grootste deel van de huidige markt TMGa als galliumbron, NH3 als reactiegas en hoogzuiver N2 als draaggas. Onder omstandigheden van hoge temperaturen (600 ~ 1300 ℃) wordt dunnelaag GaN met succes bereid op saffiersubstraten.

De MOCVD-methode voor kwekenGaNheeft een uitstekende productkwaliteit, korte groeicyclus en hoge opbrengst, maar heeft de nadelen van dure grondstoffen en de noodzaak van nauwkeurige controle van het reactieproces.