Metode Pertumbuhan Kristal GaN

Saat memproduksi substrat kristal tunggal GaN berukuran besar, HVPE saat ini merupakan pilihan terbaik untuk komersialisasi. Namun, konsentrasi pembawa belakang GaN yang tumbuh tidak dapat dikontrol secara tepat. MOCVD merupakan metode pertumbuhan yang paling matang saat ini, namun menghadapi tantangan seperti bahan baku yang mahal. Metode budidaya ammonotermalGaNmenawarkan pertumbuhan yang stabil dan seimbang serta kualitas kristal yang tinggi, namun laju pertumbuhannya terlalu lambat untuk pertumbuhan komersial skala besar. Metode pelarut tidak dapat mengontrol proses nukleasi secara tepat, namun memiliki kepadatan dislokasi yang rendah dan potensi besar untuk pengembangan di masa depan. Metode lain, seperti deposisi lapisan atom dan sputtering magnetron, juga memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing.

metode HVPE

HVPE disebut Epitaksi Fase Uap Hidrida. Ia memiliki keunggulan tingkat pertumbuhan yang cepat dan kristal berukuran besar. Ini bukan hanya salah satu teknologi paling matang dalam proses saat ini, tetapi juga metode utama untuk penyediaan secara komersialSubstrat kristal tunggal GaN. Pada tahun 1992, Detchprohm dkk. pertama kali menggunakan HVPE untuk menumbuhkan film tipis GaN (400 nm), dan metode HVPE telah mendapat perhatian luas.

Pertama, di daerah sumber, gas HCl bereaksi dengan cairan Ga menghasilkan sumber galium (GaCl3), dan produknya diangkut ke daerah pengendapan bersama dengan N2 dan H2. Di daerah pengendapan, sumber Ga dan sumber N (gas NH3) bereaksi menghasilkan GaN (padat) ketika suhu mencapai 1000 °C. Secara umum faktor yang mempengaruhi laju pertumbuhan GaN adalah gas HCl dan NH3. Saat ini, tujuan pertumbuhan yang stabilGaNdapat dicapai dengan meningkatkan dan mengoptimalkan peralatan HVPE dan memperbaiki kondisi pertumbuhan.

Metode HVPE sudah matang dan memiliki tingkat pertumbuhan yang cepat, namun memiliki kelemahan berupa kualitas hasil kristal yang rendah dan konsistensi produk yang buruk. Karena alasan teknis, perusahaan di pasar umumnya mengadopsi pertumbuhan heteroepitaxial. Pertumbuhan heteroepitaksial umumnya dilakukan dengan memisahkan GaN menjadi substrat kristal tunggal menggunakan teknologi pemisahan seperti dekomposisi termal, pelepasan laser, atau etsa kimia setelah pertumbuhan pada safir atau Si.

metode MOCVD

MOCVD disebut pengendapan uap senyawa organik logam. Keunggulannya adalah tingkat pertumbuhan yang stabil dan kualitas pertumbuhan yang baik, cocok untuk produksi skala besar. Ini adalah teknologi paling matang saat ini dan telah menjadi salah satu teknologi yang paling banyak digunakan dalam produksi. MOCVD pertama kali diusulkan oleh para sarjana Mannacevit pada tahun 1960an. Pada tahun 1980an, teknologi menjadi matang dan sempurna.

PertumbuhanGaNbahan kristal tunggal di MOCVD terutama menggunakan trimetilgallium (TMGa) atau trietilgallium (TEGa) sebagai sumber galium. Keduanya berbentuk cair pada suhu kamar. Mempertimbangkan faktor-faktor seperti titik leleh, sebagian besar pasar saat ini menggunakan TMGa sebagai sumber galium, NH3 sebagai gas reaksi, dan N2 dengan kemurnian tinggi sebagai gas pembawa. Dalam kondisi suhu tinggi (600~1300 ℃), GaN lapisan tipis berhasil dibuat pada substrat safir.

Metode MOCVD untuk berkembangGaNmemiliki kualitas produk yang sangat baik, siklus pertumbuhan yang pendek dan hasil yang tinggi, namun memiliki kelemahan yaitu bahan baku yang mahal dan perlunya pengendalian proses reaksi yang tepat.