طريقة نمو كريستال GaN

عند إنتاج ركائز كريستال أحادية كبيرة الحجم من GaN، فإن HVPE يعد حاليًا الخيار الأفضل للتسويق. ومع ذلك، لا يمكن التحكم بدقة في تركيز الناقل الخلفي لـ GaN المزروع. تعد طريقة MOCVD هي طريقة النمو الأكثر نضجًا في الوقت الحالي، ولكنها تواجه تحديات مثل ارتفاع تكلفة المواد الخام. الطريقة الحرارية للنموالجاليومتقدم نموًا مستقرًا ومتوازنًا وجودة كريستالية عالية، لكن معدل نموها بطيء جدًا بالنسبة للنمو التجاري على نطاق واسع. لا يمكن لطريقة المذيبات أن تتحكم بدقة في عملية النواة، ولكنها تتميز بكثافة خلع منخفضة وإمكانات كبيرة للتطوير المستقبلي. هناك طرق أخرى، مثل ترسيب الطبقة الذرية والرش المغنطروني، لها أيضًا مزاياها وعيوبها.

طريقة HVPE

يُطلق على HVPE اسم Hydride Vapor Phase Epitaxy. لديها مزايا معدل النمو السريع والبلورات كبيرة الحجم. إنها ليست فقط واحدة من أكثر التقنيات نضجًا في العملية الحالية، ولكنها أيضًا الطريقة الرئيسية لتقديمها تجاريًاركائز بلورية واحدة الجاليوم. في عام 1992، ديتشبروم وآخرون. استخدم HVPE لأول مرة لزراعة الأغشية الرقيقة GaN (400 نانومتر)، وقد حظيت طريقة HVPE باهتمام واسع النطاق.

أولاً، في منطقة المصدر، يتفاعل غاز حمض الهيدروكلوريك مع Ga السائل لتوليد مصدر الغاليوم (GaCl3)، ويتم نقل المنتج إلى منطقة الترسيب مع N2 وH2. في منطقة الترسيب، يتفاعل مصدر Ga ومصدر N (NH3 الغازي) لتوليد GaN (صلب) عندما تصل درجة الحرارة إلى 1000 درجة مئوية. بشكل عام، العوامل التي تؤثر على معدل نمو GaN هي غاز HCl وNH3. في الوقت الحاضر، والغرض من النمو المستقرالجاليوميمكن تحقيق ذلك من خلال تحسين وتحسين معدات HVPE وتحسين ظروف النمو.

تعتبر طريقة HVPE ناضجة ولها معدل نمو سريع، ولكنها لها مساوئ تتمثل في انخفاض جودة إنتاج البلورات المزروعة وضعف اتساق المنتج. لأسباب فنية، تتبنى الشركات الموجودة في السوق عمومًا النمو الفوقي المتغاير. يتم تحقيق النمو غير المتجانس عمومًا عن طريق فصل GaN إلى ركيزة بلورية واحدة باستخدام تقنية الفصل مثل التحلل الحراري، أو الرفع بالليزر، أو النقش الكيميائي بعد النمو على الياقوت أو Si.

طريقة موكفد

يسمى MOCVD بترسيب بخار المركب العضوي المعدني. لديها مزايا معدل النمو المستقر وجودة النمو الجيدة، ومناسبة للإنتاج على نطاق واسع. إنها التكنولوجيا الأكثر نضجًا في الوقت الحاضر وأصبحت واحدة من أكثر التقنيات المستخدمة على نطاق واسع في الإنتاج. تم اقتراح MOCVD لأول مرة من قبل علماء Mannacevit في الستينيات. وفي الثمانينات، أصبحت التكنولوجيا ناضجة ومثالية.

نموالجاليومتستخدم المواد البلورية المفردة في MOCVD بشكل أساسي ثلاثي ميثيل الغاليوم (TMGa) أو ثلاثي إيثيل الغاليوم (TEGa) كمصدر للجاليوم. كلاهما سائل في درجة حرارة الغرفة. مع الأخذ في الاعتبار عوامل مثل نقطة الانصهار، يستخدم معظم السوق الحالي TMGA كمصدر للجاليوم، وNH3 كغاز تفاعل، وN2 عالي النقاء كغاز حامل. في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة (600 ~ 1300 درجة مئوية)، يتم تحضير طبقة رقيقة من GaN بنجاح على ركائز الياقوت.

طريقة MOCVD للنموالجاليوميتمتع بجودة منتج ممتازة ودورة نمو قصيرة وإنتاجية عالية، ولكن له عيوب المواد الخام الباهظة الثمن والحاجة إلى التحكم الدقيق في عملية التفاعل.