Méthode de croissance des cristaux GaN

Lors de la production de substrats monocristallins GaN de grande taille, le HVPE constitue actuellement le meilleur choix pour la commercialisation. Cependant, la concentration en porteurs arrière du GaN développé ne peut pas être contrôlée avec précision. Le MOCVD est actuellement la méthode de croissance la plus mature, mais elle est confrontée à des défis tels que le coût des matières premières. La méthode de culture ammonothermiqueGaNoffre une croissance stable et équilibrée et une qualité cristalline élevée, mais son taux de croissance est trop lent pour une croissance commerciale à grande échelle. La méthode par solvant ne peut pas contrôler avec précision le processus de nucléation, mais elle présente une faible densité de dislocations et un grand potentiel de développement futur. D’autres méthodes, telles que le dépôt de couches atomiques et la pulvérisation magnétron, présentent également leurs propres avantages et inconvénients.

Méthode HVPE

Le HVPE est appelé épitaxie en phase vapeur d'hydrure. Il présente les avantages d’un taux de croissance rapide et de cristaux de grande taille. Il s'agit non seulement de l'une des technologies les plus matures du processus actuel, mais également de la principale méthode permettant de fournir commercialementSubstrats monocristallins GaN. En 1992, Detchprohm et al. a utilisé pour la première fois le HVPE pour faire croître des films minces de GaN (400 nm), et la méthode HVPE a reçu une large attention.

Premièrement, dans la zone source, le gaz HCl réagit avec le Ga liquide pour générer une source de gallium (GaCl3), et le produit est transporté vers la zone de dépôt avec N2 et H2. Dans la zone de dépôt, la source de Ga et la source de N (NH3 gazeux) réagissent pour générer du GaN (solide) lorsque la température atteint 1 000 °C. Généralement, les facteurs affectant le taux de croissance du GaN sont le gaz HCl et le NH3. Aujourd'hui, l'objectif d'une croissance stable deGaNpeut être atteint en améliorant et en optimisant les équipements HVPE et en améliorant les conditions de croissance.

La méthode HVPE est mature et a un taux de croissance rapide, mais elle présente les inconvénients d’un rendement de faible qualité des cristaux cultivés et d’une mauvaise consistance du produit. Pour des raisons techniques, les entreprises présentes sur le marché adoptent généralement une croissance hétéroépitaxiale. La croissance hétéroépitaxiale est généralement réalisée en séparant GaN en un substrat monocristallin à l'aide d'une technologie de séparation telle que la décomposition thermique, le décollement laser ou la gravure chimique après croissance sur saphir ou Si.

Méthode MOCVD

MOCVD est appelé dépôt en phase vapeur de composés organométalliques. Il présente les avantages d'un taux de croissance stable et d'une bonne qualité de croissance, adaptés à une production à grande échelle. Il s’agit à l’heure actuelle de la technologie la plus mature et est devenue l’une des technologies de production les plus utilisées. Le MOCVD a été proposé pour la première fois par les chercheurs de Mannacevit dans les années 1960. Dans les années 1980, la technologie est devenue mature et parfaite.

La croissance deGaNLes matériaux monocristallins du MOCVD utilisent principalement du triméthylgallium (TMGa) ou du triéthylgallium (TEGa) comme source de gallium. Les deux sont liquides à température ambiante. Compte tenu de facteurs tels que le point de fusion, la majeure partie du marché actuel utilise le TMGa comme source de gallium, le NH3 comme gaz de réaction et le N2 de haute pureté comme gaz vecteur. Dans des conditions de température élevée (600 ~ 1 300 ℃), du GaN en couche mince est préparé avec succès sur des substrats en saphir.

La méthode MOCVD pour cultiverGaNa une excellente qualité de produit, un cycle de croissance court et un rendement élevé, mais il présente les inconvénients de matières premières coûteuses et la nécessité d'un contrôle précis du processus de réaction.