Kaedah Pertumbuhan Kristal GaN

Apabila menghasilkan substrat kristal tunggal GaN bersaiz besar, HVPE kini merupakan pilihan terbaik untuk pengkomersilan. Walau bagaimanapun, kepekatan pembawa belakang GaN yang ditanam tidak dapat dikawal dengan tepat. MOCVD ialah kaedah pertumbuhan yang paling matang pada masa ini, tetapi ia menghadapi cabaran seperti bahan mentah yang mahal. Kaedah ammonoterma untuk berkembangGaNmenawarkan pertumbuhan yang stabil dan seimbang serta kualiti kristal yang tinggi, tetapi kadar pertumbuhannya terlalu perlahan untuk pertumbuhan komersial berskala besar. Kaedah pelarut tidak boleh mengawal proses nukleasi dengan tepat, tetapi ia mempunyai ketumpatan terkehel yang rendah dan potensi besar untuk pembangunan masa depan. Kaedah lain, seperti pemendapan lapisan atom dan magnetron sputtering, juga datang dengan kelebihan dan kelemahan mereka sendiri.

kaedah HVPE

HVPE dipanggil Hydride Vapor Phase Epitaxy. Ia mempunyai kelebihan kadar pertumbuhan yang cepat dan kristal bersaiz besar. Ia bukan sahaja salah satu teknologi yang paling matang dalam proses semasa, tetapi juga kaedah utama untuk menyediakan secara komersialSubstrat kristal tunggal GaN. Pada tahun 1992, Detchprohm et al. pertama kali menggunakan HVPE untuk mengembangkan filem nipis GaN (400 nm), dan kaedah HVPE telah mendapat perhatian yang meluas.

Pertama, di kawasan sumber, gas HCl bertindak balas dengan cecair Ga untuk menghasilkan sumber galium (GaCl3), dan produk diangkut ke kawasan pemendapan bersama-sama dengan N2 dan H2. Di kawasan pemendapan, sumber Ga dan sumber N (gas NH3) bertindak balas untuk menghasilkan GaN (pepejal) apabila suhu mencapai 1000 °C. Secara amnya, faktor yang mempengaruhi kadar pertumbuhan GaN ialah gas HCl dan NH3. Pada masa kini, tujuan pertumbuhan yang stabil bagiGaNboleh dicapai dengan menambah baik dan mengoptimumkan peralatan HVPE dan memperbaiki keadaan pertumbuhan.

Kaedah HVPE adalah matang dan mempunyai kadar pertumbuhan yang cepat, tetapi ia mempunyai kelemahan hasil kualiti rendah kristal tumbuh dan konsistensi produk yang lemah. Disebabkan sebab teknikal, syarikat di pasaran secara amnya mengamalkan pertumbuhan heteroepitaxial. Pertumbuhan heteroepitaxial biasanya dilakukan dengan mengasingkan GaN ke dalam substrat kristal tunggal menggunakan teknologi pengasingan seperti penguraian terma, laser lift-off, atau etsa kimia selepas pertumbuhan pada nilam atau Si.

kaedah MOCVD

MOCVD dipanggil pemendapan wap sebatian organik logam. Ia mempunyai kelebihan kadar pertumbuhan yang stabil dan kualiti pertumbuhan yang baik, sesuai untuk pengeluaran berskala besar. Ia adalah teknologi yang paling matang pada masa ini dan telah menjadi salah satu teknologi yang paling banyak digunakan dalam pengeluaran. MOCVD pertama kali dicadangkan oleh sarjana Mannacevit pada tahun 1960-an. Pada tahun 1980-an, teknologi menjadi matang dan sempurna.

Pertumbuhan daripadaGaNbahan kristal tunggal dalam MOCVD terutamanya menggunakan trimethylgallium (TMGa) atau triethylgallium (TEGa) sebagai sumber galium. Kedua-duanya adalah cecair pada suhu bilik. Memandangkan faktor seperti takat lebur, kebanyakan pasaran semasa menggunakan TMGa sebagai sumber galium, NH3 sebagai gas tindak balas, dan N2 ketulenan tinggi sebagai gas pembawa. Di bawah keadaan suhu tinggi (600~1300 ℃), GaN lapisan nipis berjaya disediakan pada substrat nilam.

Kaedah MOCVD untuk berkembangGaNmempunyai kualiti produk yang sangat baik, kitaran pertumbuhan yang pendek dan hasil yang tinggi, tetapi ia mempunyai kelemahan bahan mentah yang mahal dan keperluan untuk kawalan yang tepat terhadap proses tindak balas.