GaN-kiteiden kasvumenetelmä

Suurikokoisia GaN-yksikidealustoja valmistettaessa HVPE on tällä hetkellä paras valinta kaupallistamiseen. Kasvatetun GaN:n takakantajapitoisuutta ei kuitenkaan voida tarkasti kontrolloida. MOCVD on tällä hetkellä kypsin kasvumenetelmä, mutta se kohtaa haasteita, kuten kalliita raaka-aineita. Ammonoterminen viljelymenetelmäGaNtarjoaa vakaan ja tasapainoisen kasvun ja korkean kidelaadun, mutta sen kasvunopeus on liian hidas suuren mittakaavan kaupalliseen kasvuun. Liuotinmenetelmällä ei voida tarkasti ohjata ydintämisprosessia, mutta sillä on alhainen dislokaatiotiheys ja suuri potentiaali tulevalle kehitykselle. Myös muilla menetelmillä, kuten atomikerrospinnoituksella ja magnetronisputteroinnilla, on omat etunsa ja haittansa.

HVPE menetelmä

HVPE:tä kutsutaan hydridihöyryfaasiepitaksiksi. Sen etuna on nopea kasvunopeus ja suuret kiteet. Se ei ole vain yksi kypsimmistä teknologioista nykyisessä prosessissa, vaan myös tärkein menetelmä kaupalliseen tarjoamiseenGaN-yksikidesubstraatit. Vuonna 1992 Detchprohm et ai. käytti ensin HVPE:tä GaN-ohutkalvojen (400 nm) kasvattamiseen, ja HVPE-menetelmä on saanut laajaa huomiota.

Ensin lähdealueella HCl-kaasu reagoi nestemäisen Ga:n kanssa muodostaen galliumlähteen (GaCl3), ja tuote kuljetetaan laskeumaalueelle yhdessä N2:n ja H2:n kanssa. Laskeuma-alueella Ga-lähde ja N-lähde (kaasumainen NH3) reagoivat muodostaen GaN:a (kiinteää), kun lämpötila saavuttaa 1000 °C. Yleensä GaN:n kasvunopeuteen vaikuttavat tekijät ovat HCl-kaasu ja NH3. Nykyään tavoitteena on vakaa kasvuGaNvoidaan saavuttaa parantamalla ja optimoimalla HVPE-laitteita ja parantamalla kasvuolosuhteita.

HVPE-menetelmä on kypsä ja sen kasvunopeus on nopea, mutta sen haittapuolena on kasvaneiden kiteiden alhainen laatusaanto ja tuotteen huono sakeus. Teknisistä syistä markkinoilla olevat yritykset omaksuvat yleensä heteroepitaksiaalisen kasvun. Heteroepitaksiaalinen kasvu tehdään yleensä erottamalla GaN yksikidealustaksi käyttämällä erotustekniikkaa, kuten lämpöhajoamista, laserpoistoa tai kemiallista syövytystä safiirilla tai Si:llä kasvatuksen jälkeen.

MOCVD-menetelmä

MOCVD:tä kutsutaan metalliorgaanisten yhdisteiden höyrysaostukseksi. Sen etuna on vakaa kasvuvauhti ja hyvä kasvulaatu, joka soveltuu laajamittaiseen tuotantoon. Se on tällä hetkellä kypsin tekniikka ja siitä on tullut yksi tuotannossa eniten käytetyistä teknologioista. Mannacevit-tutkijat ehdottivat MOCVD:tä ensimmäisen kerran 1960-luvulla. 1980-luvulla teknologiasta tuli kypsä ja täydellinen.

KasvuGaNYksikidemateriaalit MOCVD:ssä käyttävät pääasiassa trimetyyligalliumia (TMGa) tai trietyyligalliumia (TEGa) galliumlähteenä. Molemmat ovat nestemäisiä huoneenlämmössä. Sulamispisteen kaltaiset tekijät huomioon ottaen suurin osa nykyisistä markkinoista käyttää TMGa:a galliumlähteenä, NH3:a reaktiokaasuna ja erittäin puhdasta N2:ta kantajakaasuna. Korkeissa lämpötiloissa (600-1300 ℃) ohutkerros GaN valmistetaan onnistuneesti safiirialustoille.

MOCVD-menetelmä kasvatukseenGaNsillä on erinomainen tuotteen laatu, lyhyt kasvusykli ja korkea saanto, mutta sen haittapuolena ovat kalliit raaka-aineet ja tarve ohjata reaktioprosessia tarkasti.