Phương pháp tăng trưởng tinh thể GaN

Khi sản xuất chất nền đơn tinh thể GaN cỡ lớn, HVPE hiện là lựa chọn tốt nhất để thương mại hóa. Tuy nhiên, nồng độ chất mang phía sau của GaN đã tăng trưởng không thể được kiểm soát chính xác. MOCVD là phương pháp tăng trưởng trưởng thành nhất hiện nay, nhưng nó phải đối mặt với những thách thức như nguyên liệu thô đắt tiền. Phương pháp trồng trọt bằng ammonothermalGaNcung cấp sự tăng trưởng ổn định và cân bằng và chất lượng tinh thể cao, nhưng tốc độ tăng trưởng của nó quá chậm để tăng trưởng thương mại quy mô lớn. Phương pháp dung môi không thể kiểm soát chính xác quá trình tạo mầm, nhưng nó có mật độ trật khớp thấp và có tiềm năng phát triển lớn trong tương lai. Các phương pháp khác, chẳng hạn như lắng đọng lớp nguyên tử và phún xạ magnetron, cũng có những ưu điểm và nhược điểm riêng.

phương pháp HVPE

HVPE được gọi là Epit Wax pha hơi Hyđrua. Nó có ưu điểm là tốc độ tăng trưởng nhanh và tinh thể kích thước lớn. Nó không chỉ là một trong những công nghệ hoàn thiện nhất trong quy trình hiện tại mà còn là phương pháp chính để cung cấp thương mạiChất nền đơn tinh thể GaN. Năm 1992, Detchprohm và cộng sự. lần đầu tiên sử dụng HVPE để phát triển màng mỏng GaN (400nm) và phương pháp HVPE đã nhận được sự chú ý rộng rãi.

Đầu tiên, tại vùng nguồn, khí HCl phản ứng với Ga lỏng tạo ra nguồn gali (GaCl3), sản phẩm được vận chuyển đến vùng lắng cùng với N2 và H2. Trong vùng lắng đọng, nguồn Ga và nguồn N (khí NH3) phản ứng tạo ra GaN (rắn) khi nhiệt độ đạt tới 1000°C. Thông thường, các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ tăng trưởng của GaN là khí HCl và NH3. Ngày nay, mục tiêu tăng trưởng ổn định củaGaNcó thể đạt được bằng cách cải tiến và tối ưu hóa thiết bị HVPE và cải thiện điều kiện tăng trưởng.

Phương pháp HVPE đã trưởng thành và có tốc độ tăng trưởng nhanh, nhưng nó có nhược điểm là năng suất tinh thể phát triển chất lượng thấp và độ đồng nhất của sản phẩm kém. Vì lý do kỹ thuật, các công ty trên thị trường thường áp dụng tăng trưởng dị hình. Sự tăng trưởng dị thể thường được thực hiện bằng cách tách GaN thành một chất nền đơn tinh thể bằng cách sử dụng công nghệ phân tách như phân hủy nhiệt, nâng bằng laser hoặc khắc hóa học sau khi tăng trưởng trên sapphire hoặc Si.

phương pháp MOCVD

MOCVD được gọi là lắng đọng hơi hợp chất hữu cơ kim loại. Nó có ưu điểm là tốc độ tăng trưởng ổn định và chất lượng tăng trưởng tốt, thích hợp cho sản xuất quy mô lớn. Đây là công nghệ trưởng thành nhất hiện nay và đã trở thành một trong những công nghệ được sử dụng rộng rãi nhất trong sản xuất. MOCVD lần đầu tiên được đề xuất bởi các học giả Mannacevit vào những năm 1960. Vào những năm 1980, công nghệ đã trưởng thành và hoàn hảo.

Sự tăng trưởng củaGaNvật liệu đơn tinh thể trong MOCVD chủ yếu sử dụng trimethylgallium (TMGa) hoặc triethylgallium (TEGa) làm nguồn gali. Cả hai đều ở dạng lỏng ở nhiệt độ phòng. Xem xét các yếu tố như điểm nóng chảy, hầu hết thị trường hiện nay sử dụng TMGa làm nguồn gali, NH3 làm khí phản ứng và N2 có độ tinh khiết cao làm khí mang. Trong điều kiện nhiệt độ cao (600 ~ 1300oC), GaN lớp mỏng được điều chế thành công trên đế sapphire.

Phương pháp trồng trọt MOCVDGaNcó chất lượng sản phẩm tuyệt vời, chu kỳ tăng trưởng ngắn và năng suất cao, nhưng nó có nhược điểm là nguyên liệu thô đắt tiền và cần kiểm soát chính xác quá trình phản ứng.