Metóda rastu kryštálov GaN

Pri výrobe veľkorozmerných monokryštálových substrátov GaN je HVPE v súčasnosti najlepšou voľbou pre komercializáciu. Koncentráciu zadného nosiča pestovaného GaN však nemožno presne kontrolovať. MOCVD je v súčasnosti najvyspelejšia metóda rastu, ale čelí výzvam, ako sú drahé suroviny. Amonotermálna metóda pestovaniaGaNponúka stabilný a vyvážený rast a vysokú kvalitu kryštálov, ale jeho rýchlosť rastu je príliš pomalá na komerčný rast vo veľkom meradle. Metóda rozpúšťadla nemôže presne riadiť proces nukleácie, ale má nízku hustotu dislokácií a veľký potenciál pre budúci vývoj. Iné metódy, ako je nanášanie atómovej vrstvy a magnetrónové naprašovanie, majú tiež svoje výhody a nevýhody.

HVPE metóda

HVPE sa nazýva epitaxia hydridovej parnej fázy. Má výhody rýchleho rastu a veľkých kryštálov. Nie je to len jedna z najvyspelejších technológií v súčasnom procese, ale aj hlavná metóda komerčného poskytovaniaGaN monokryštálové substráty. V roku 1992 Detchprohm a spol. prvýkrát použil HVPE na pestovanie tenkých vrstiev GaN (400 nm) a metóda HVPE získala širokú pozornosť.

Po prvé, v oblasti zdroja reaguje plynný HCl s kvapalným Ga za vzniku zdroja gália (GaCl3) a produkt je transportovaný do oblasti depozície spolu s N2 a H2. V oblasti depozície zdroj Ga a zdroj N (plynný NH3) reagujú za vzniku GaN (tuhého), keď teplota dosiahne 1000 °C. Faktory ovplyvňujúce rýchlosť rastu GaN sú vo všeobecnosti plynný HCl a NH3. V súčasnosti je cieľom stabilného rastuGaNmožno dosiahnuť zlepšením a optimalizáciou zariadení HVPE a zlepšením podmienok rastu.

Metóda HVPE je zrelá a má rýchle tempo rastu, má však nevýhody nízkej kvality výťažku pestovaných kryštálov a zlej konzistencie produktu. Z technických dôvodov spoločnosti na trhu vo všeobecnosti prijímajú heteroepitaxiálny rast. Heteroepitaxiálny rast sa vo všeobecnosti uskutočňuje separáciou GaN do monokryštálového substrátu pomocou separačnej technológie, ako je tepelný rozklad, laserový lift-off alebo chemické leptanie po raste na zafíre alebo Si.

metóda MOCVD

MOCVD sa nazýva depozícia z pár organických zlúčenín kovov. Má výhody stabilného tempa rastu a dobrej kvality rastu, vhodné pre veľkovýrobu. Je to v súčasnosti najvyspelejšia technológia a stala sa jednou z najpoužívanejších technológií vo výrobe. MOCVD prvýkrát navrhli vedci Mannacevit v 60. rokoch 20. storočia. V 80. rokoch sa technológia stala zrelou a dokonalou.

RastGaNmonokryštálové materiály v MOCVD používajú ako zdroj gália hlavne trimetylgálium (TMGa) alebo trietylgálium (TEGa). Obidva sú pri izbovej teplote kvapalné. Vzhľadom na faktory, ako je teplota topenia, väčšina súčasného trhu používa TMGa ako zdroj gália, NH3 ako reakčný plyn a vysoko čistý N2 ako nosný plyn. Za podmienok vysokej teploty (600 ~ 1300 ℃) sa tenkovrstvový GaN úspešne pripravuje na zafírových substrátoch.

Metóda MOCVD na pestovanieGaNmá vynikajúcu kvalitu produktu, krátky rastový cyklus a vysoký výťažok, má však nevýhody drahých surovín a potrebu presnej kontroly reakčného procesu.