Método de crescimento de cristal GaN

Ao produzir substratos de cristal único GaN de grande porte, o HVPE é atualmente a melhor escolha para comercialização. No entanto, a concentração de portadores traseiros do GaN cultivado não pode ser controlada com precisão. O MOCVD é o método de crescimento mais maduro atualmente, mas enfrenta desafios como matérias-primas caras. O método amonotérmico para cultivoGaNoferece crescimento estável e equilibrado e alta qualidade de cristal, mas sua taxa de crescimento é muito lenta para o crescimento comercial em grande escala. O método do solvente não pode controlar com precisão o processo de nucleação, mas possui baixa densidade de deslocamento e grande potencial para desenvolvimento futuro. Outros métodos, como deposição de camada atômica e pulverização catódica por magnetron, também apresentam suas próprias vantagens e desvantagens.

Método HVPE

HVPE é chamado de Epitaxia de Fase de Vapor de Hidreto. Tem as vantagens de uma taxa de crescimento rápida e cristais de grande tamanho. Não é apenas uma das tecnologias mais maduras no processo atual, mas também o principal método para fornecer comercialmenteSubstratos de cristal único GaN. Em 1992, Detchprohm et al. usou pela primeira vez o HVPE para cultivar filmes finos de GaN (400 nm), e o método HVPE recebeu ampla atenção.

Primeiro, na área de origem, o gás HCl reage com o Ga líquido para gerar a fonte de gálio (GaCl3), e o produto é transportado para a área de deposição junto com N2 e H2. Na área de deposição, a fonte de Ga e a fonte de N (NH3 gasoso) reagem para gerar GaN (sólido) quando a temperatura atinge 1000 °C. Geralmente, os fatores que afetam a taxa de crescimento do GaN são o gás HCl e o NH3. Hoje em dia, o objectivo do crescimento estável daGaNpode ser alcançado melhorando e otimizando equipamentos HVPE e melhorando as condições de crescimento.

O método HVPE é maduro e tem uma taxa de crescimento rápida, mas tem as desvantagens de baixo rendimento de cristais cultivados e baixa consistência do produto. Por motivos técnicos, as empresas do mercado geralmente adotam o crescimento heteroepitaxial. O crescimento heteroepitaxial geralmente é feito separando o GaN em um substrato de cristal único usando tecnologia de separação, como decomposição térmica, remoção a laser ou gravação química após crescimento em safira ou Si.

Método MOCVD

MOCVD é chamado de deposição de vapor de composto orgânico metálico. Tem as vantagens de uma taxa de crescimento estável e boa qualidade de crescimento, adequada para produção em larga escala. É a tecnologia mais madura atualmente e se tornou uma das tecnologias mais utilizadas na produção. O MOCVD foi proposto pela primeira vez por estudiosos do Mannacevit na década de 1960. Na década de 1980, a tecnologia tornou-se madura e perfeita.

O crescimento deGaNmateriais de cristal único em MOCVD usam principalmente trimetilgálio (TMGa) ou trietilgálio (TEGa) como fonte de gálio. Ambos são líquidos à temperatura ambiente. Considerando fatores como ponto de fusão, a maior parte do mercado atual utiliza TMGa como fonte de gálio, NH3 como gás de reação e N2 de alta pureza como gás de arraste. Sob condições de alta temperatura (600 ~ 1300 ℃), o GaN de camada fina é preparado com sucesso em substratos de safira.

O método MOCVD para cultivoGaNpossui excelente qualidade de produto, ciclo de crescimento curto e alto rendimento, mas apresenta as desvantagens de matérias-primas caras e a necessidade de controle preciso do processo de reação.