روش رشد کریستال GaN

هنگام تولید بسترهای تک کریستالی GaN با اندازه بزرگ، HVPE در حال حاضر بهترین انتخاب برای تجاری سازی است. با این حال، غلظت حامل پشتی GaN رشد یافته را نمی توان دقیقاً کنترل کرد. MOCVD بالغ ترین روش رشد در حال حاضر است، اما با چالش هایی مانند مواد اولیه گران قیمت مواجه است. روش آمنوترمال برای رشدGaNرشد پایدار و متعادل و کیفیت کریستال بالایی را ارائه می دهد، اما سرعت رشد آن برای رشد تجاری در مقیاس بزرگ بسیار کند است. روش حلال نمی تواند به طور دقیق فرآیند هسته زایی را کنترل کند، اما چگالی نابجایی کم و پتانسیل زیادی برای توسعه آینده دارد. روش های دیگر مانند رسوب لایه اتمی و کندوپاش مگنترون نیز مزایا و معایب خاص خود را دارند.

روش HVPE

HVPE اپیتاکسی فاز بخار هیدرید نامیده می شود. دارای مزایای سرعت رشد سریع و کریستال های بزرگ است. این نه تنها یکی از بالغ ترین فناوری ها در فرآیند فعلی است، بلکه روش اصلی برای ارائه تجاری استبسترهای تک کریستالی GaN. در سال 1992، Detchprohm و همکاران. برای اولین بار از HVPE برای رشد لایه های نازک GaN (400 نانومتر) استفاده کرد و روش HVPE توجه گسترده ای را به خود جلب کرد.

ابتدا، در ناحیه منبع، گاز HCl با Ga مایع واکنش می دهد تا منبع گالیوم (GaCl3) تولید کند و محصول همراه با N2 و H2 به منطقه رسوب منتقل می شود. در منطقه رسوب، منبع Ga و منبع N (NH3 گازی) برای تولید GaN (جامد) هنگامی که دما به 1000 درجه سانتیگراد می رسد واکنش نشان می دهند. به طور کلی، عوامل موثر بر سرعت رشد GaN گاز HCl و NH3 است. امروزه هدف از رشد پایدارGaNمی توان با بهبود و بهینه سازی تجهیزات HVPE و بهبود شرایط رشد به دست آورد.

روش HVPE بالغ است و سرعت رشد سریعی دارد، اما دارای معایب عملکرد کم کیفیت کریستال های رشد یافته و قوام محصول ضعیف است. به دلایل فنی، شرکت های موجود در بازار به طور کلی رشد هترواپیتاکسیال را اتخاذ می کنند. رشد هترواپیتاکسیال عموماً با جداسازی GaN به یک بستر تک کریستالی با استفاده از فناوری جداسازی مانند تجزیه حرارتی، برداشتن لیزری یا اچ شیمیایی پس از رشد روی یاقوت کبود یا Si انجام می‌شود.

روش MOCVD

MOCVD رسوب بخار ترکیب آلی فلزی نامیده می شود. دارای مزایای نرخ رشد پایدار و کیفیت رشد خوب است که برای تولید در مقیاس بزرگ مناسب است. این پیشرفته ترین فناوری در حال حاضر است و به یکی از پرکاربردترین فناوری ها در تولید تبدیل شده است. MOCVD اولین بار توسط محققان Mannacevit در دهه 1960 پیشنهاد شد. در دهه 1980، این فناوری بالغ و کامل شد.

رشد ازGaNمواد تک کریستالی در MOCVD عمدتا از تری متیل گالیوم (TMGa) یا تری اتیل گالیوم (TEGa) به عنوان منبع گالیوم استفاده می کنند. هر دو در دمای اتاق مایع هستند. با در نظر گرفتن عواملی مانند نقطه ذوب، بیشتر بازار فعلی از TMGa به عنوان منبع گالیوم، NH3 به عنوان گاز واکنش و N2 با خلوص بالا به عنوان گاز حامل استفاده می کند. در شرایط دمای بالا (600 ~ 1300 ℃)، لایه نازک GaN با موفقیت بر روی بسترهای یاقوت کبود آماده می شود.

روش MOCVD برای رشدGaNدارای کیفیت محصول عالی، چرخه رشد کوتاه و عملکرد بالا است، اما دارای معایب مواد اولیه گران قیمت و نیاز به کنترل دقیق فرآیند واکنش است.