วิธีการเติบโตของ GaN Crystal

เมื่อผลิตซับสเตรตผลึกเดี่ยว GaN ขนาดใหญ่ ปัจจุบัน HVPE เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับการจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ อย่างไรก็ตาม ไม่สามารถควบคุมความเข้มข้นของพาหะด้านหลังของ GaN ที่ปลูกได้อย่างแม่นยำ MOCVD เป็นวิธีการเติบโตที่เติบโตเต็มที่ที่สุดในปัจจุบัน แต่ก็เผชิญกับความท้าทาย เช่น วัตถุดิบที่มีราคาแพง วิธีการเจริญเติบโตแบบใช้แอมโมเทอร์มอลกานให้การเติบโตที่มั่นคงและสมดุลและมีคุณภาพคริสตัลสูง แต่อัตราการเติบโตช้าเกินไปสำหรับการเติบโตเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่ วิธีการใช้ตัวทำละลายไม่สามารถควบคุมกระบวนการนิวเคลียสได้อย่างแม่นยำ แต่มีความหนาแน่นของการเคลื่อนตัวต่ำและมีศักยภาพสูงสำหรับการพัฒนาในอนาคต วิธีการอื่นๆ เช่น การสะสมของชั้นอะตอมและการสปัตเตอร์แมกนีตรอน ก็มีข้อดีและข้อเสียต่างกันไป

วิธี HVPE

HVPE เรียกว่า Hydride Vapor Phase Epitaxy มีข้อดีคือมีอัตราการเติบโตที่รวดเร็วและมีผลึกขนาดใหญ่ มันไม่ได้เป็นเพียงหนึ่งในเทคโนโลยีที่เติบโตเต็มที่ที่สุดในกระบวนการปัจจุบัน แต่ยังเป็นวิธีหลักในการให้บริการเชิงพาณิชย์อีกด้วยพื้นผิวผลึกเดี่ยวของ กาน- ในปี พ.ศ. 2535 เดชพรหม และคณะ ใช้ HVPE เป็นครั้งแรกเพื่อปลูกฟิล์มบาง GaN (400 นาโนเมตร) และวิธีการ HVPE ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวาง

ขั้นแรก ในพื้นที่แหล่งกำเนิด ก๊าซ HCl จะทำปฏิกิริยากับของเหลว Ga เพื่อสร้างแหล่งกำเนิดแกลเลียม (GaCl3) และผลิตภัณฑ์จะถูกส่งไปยังพื้นที่สะสมร่วมกับ N2 และ H2 ในพื้นที่สะสม แหล่งกำเนิด Ga และแหล่งกำเนิด N (ก๊าซ NH3) จะทำปฏิกิริยาเพื่อสร้าง GaN (ของแข็ง) เมื่ออุณหภูมิสูงถึง 1,000 °C โดยทั่วไปปัจจัยที่ส่งผลต่ออัตราการเติบโตของ GaN คือก๊าซ HCl และ NH3 ปัจจุบันจุดมุ่งหมายของการเติบโตอย่างมั่นคงของกานสามารถทำได้โดยการปรับปรุงและเพิ่มประสิทธิภาพอุปกรณ์ HVPE และปรับปรุงสภาวะการเติบโต

วิธี HVPE เติบโตเต็มที่และมีอัตราการเติบโตที่รวดเร็ว แต่มีข้อเสียคือผลผลิตผลึกที่ปลูกมีคุณภาพต่ำและความสม่ำเสมอของผลิตภัณฑ์ไม่ดี เนื่องจากเหตุผลทางเทคนิค บริษัทต่างๆ ในตลาดจึงมักนำการเติบโตแบบเฮเทอโรอีพิโทเชียลมาใช้ โดยทั่วไปการเจริญเติบโตแบบเฮเทอโรอีพิโทเซียมทำได้โดยการแยก GaN ออกเป็นซับสเตรตผลึกเดี่ยวโดยใช้เทคโนโลยีการแยก เช่น การสลายตัวด้วยความร้อน การหลุดออกด้วยเลเซอร์ หรือการกัดด้วยสารเคมีหลังจากการเจริญเติบโตบนแซฟไฟร์หรือ Si

วิธี MOCVD

MOCVD เรียกว่าการสะสมไอของสารประกอบอินทรีย์โลหะ มีข้อดีคือมีอัตราการเติบโตที่มั่นคงและคุณภาพการเจริญเติบโตที่ดี เหมาะสำหรับการผลิตขนาดใหญ่ เป็นเทคโนโลยีที่เติบโตเต็มที่ที่สุดในปัจจุบันและได้กลายเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิต MOCVD ได้รับการเสนอครั้งแรกโดยนักวิชาการ Mannacevit ในทศวรรษปี 1960 ในช่วงทศวรรษ 1980 เทคโนโลยีมีความสมบูรณ์และสมบูรณ์แบบ

การเติบโตของกานวัสดุผลึกเดี่ยวใน MOCVD ส่วนใหญ่ใช้ไตรเมทิลแกลเลียม (TMGa) หรือไตรเอทิลแกลเลียม (TEGa) เป็นแหล่งแกลเลียม ทั้งสองเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง เมื่อพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น จุดหลอมเหลว ตลาดปัจจุบันส่วนใหญ่ใช้ TMGa เป็นแหล่งแกลเลียม NH3 เป็นก๊าซปฏิกิริยา และ N2 ที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นก๊าซตัวพา ภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูง (600~1300 ℃) GaN แบบชั้นบางจะถูกเตรียมบนพื้นผิวแซฟไฟร์ได้สำเร็จ

วิธีการปลูกแบบ MOCVDกานมีคุณภาพผลิตภัณฑ์ที่ดีเยี่ยม มีวงจรการเติบโตสั้น และให้ผลผลิตสูง แต่มีข้อเสียคือวัตถุดิบมีราคาแพงและจำเป็นต้องควบคุมกระบวนการทำปฏิกิริยาอย่างแม่นยำ