Metodo di crescita dei cristalli GaN

Quando si producono substrati monocristallini GaN di grandi dimensioni, l'HVPE è attualmente la scelta migliore per la commercializzazione. Tuttavia, la concentrazione del vettore posteriore del GaN cresciuto non può essere controllata con precisione. Il MOCVD è attualmente il metodo di crescita più maturo, ma deve affrontare sfide quali il costo delle materie prime. Il metodo ammotermo per la coltivazioneGaNoffre una crescita stabile ed equilibrata e un'elevata qualità dei cristalli, ma il suo tasso di crescita è troppo lento per una crescita commerciale su larga scala. Il metodo con solvente non può controllare con precisione il processo di nucleazione, ma ha una bassa densità di dislocazioni e un grande potenziale per lo sviluppo futuro. Anche altri metodi, come la deposizione di strati atomici e lo sputtering del magnetron, presentano vantaggi e svantaggi.

Metodo HVPE

L'HVPE è chiamato epitassia della fase vapore di idruro. Presenta i vantaggi di un rapido tasso di crescita e di cristalli di grandi dimensioni. Non è solo una delle tecnologie più mature nel processo attuale, ma anche il metodo principale per la fornitura commercialeSubstrati monocristallini in GaN. Nel 1992, Detchprohm et al. ha utilizzato per la prima volta l'HVPE per far crescere film sottili di GaN (400 nm) e il metodo HVPE ha ricevuto un'attenzione diffusa.

Innanzitutto, nell'area della sorgente, il gas HCl reagisce con il Ga liquido per generare la sorgente di gallio (GaCl3) e il prodotto viene trasportato nell'area di deposizione insieme a N2 e H2. Nell'area di deposizione, la sorgente di Ga e la sorgente di N (NH3 gassoso) reagiscono per generare GaN (solido) quando la temperatura raggiunge i 1000 °C. Generalmente, i fattori che influenzano il tasso di crescita del GaN sono il gas HCl e NH3. Al giorno d'oggi, lo scopo di una crescita stabile diGaNpuò essere ottenuto migliorando e ottimizzando le attrezzature HVPE e migliorando le condizioni di crescita.

Il metodo HVPE è maturo e ha un tasso di crescita rapido, ma presenta gli svantaggi di una resa di bassa qualità dei cristalli cresciuti e di una scarsa consistenza del prodotto. Per ragioni tecniche, le aziende sul mercato generalmente adottano la crescita eteroepitassiale. La crescita eteroepitassiale viene generalmente eseguita separando il GaN in un substrato a cristallo singolo utilizzando tecnologie di separazione come la decomposizione termica, il decollo laser o l'attacco chimico dopo la crescita su zaffiro o Si.

Metodo MOCVD

MOCVD è chiamato deposizione da vapore di composti organici metallici. Presenta i vantaggi di un tasso di crescita stabile e di una buona qualità di crescita, adatto per la produzione su larga scala. Attualmente è la tecnologia più matura ed è diventata una delle tecnologie più utilizzate nella produzione. La MOCVD fu proposta per la prima volta dagli studiosi di Mannacevit negli anni '60. Negli anni 80 la tecnologia è diventata matura e perfetta.

La crescita diGaNi materiali monocristallini in MOCVD utilizzano principalmente trimetilgallio (TMGa) o trietilgallio (TEGa) come fonte di gallio. Entrambi sono liquidi a temperatura ambiente. Considerando fattori come il punto di fusione, la maggior parte del mercato attuale utilizza TMGa come fonte di gallio, NH3 come gas di reazione e N2 ad elevata purezza come gas di trasporto. In condizioni di alta temperatura (600~1300 ℃), il GaN a strato sottile viene preparato con successo su substrati di zaffiro.

Il metodo MOCVD per la coltivazioneGaNha un'eccellente qualità del prodotto, un ciclo di crescita breve e un'elevata resa, ma presenta gli svantaggi di materie prime costose e la necessità di un controllo preciso del processo di reazione.