GaN結晶の成長方法

大型の GaN 単結晶基板を製造する場合、現時点では HVPE が商業化に最適な選択肢です。しかし、成長した GaN のバックキャリア濃度を正確に制御することはできません。 MOCVD は現在最も成熟した成長方法ですが、原材料が高価であるなどの課題に直面しています。安熱法による栽培法GaN安定したバランスのとれた成長と高い結晶品質を提供しますが、その成長速度は大規模な商業的成長には遅すぎます。溶媒法は核形成プロセスを精密に制御することができないが、転位密度が低く、将来の発展の可能性が大きい。原子層堆積やマグネトロンスパッタリングなどの他の方法にも、それぞれ長所と短所があります。

HVPE法

HVPE はハイドライド気相エピタキシーと呼ばれます。成長速度が速く、結晶サイズが大きいという利点があります。これは現在のプロセスで最も成熟した技術の 1 つであるだけでなく、商業的に提供するための主要な方法でもあります。GaN単結晶基板。 1992 年に、Detchprohm らは、は初めて HVPE を使用して GaN 薄膜 (400 nm) を成長させ、HVPE 法は広く注目を集めました。

まず、ソースエリアで HCl ガスが液体 Ga と反応してガリウムソース (GaCl3) が生成され、生成物は N2 および H2 とともに堆積エリアに輸送されます。堆積領域では、温度が 1000 °C に達すると、Ga ソースと N ソース (ガス状の NH3) が反応して GaN (固体) が生成されます。一般に、GaN の成長速度に影響を与える要因は、HCl ガスと NH3 です。現在では、安定成長を目指して、GaNこれは、HVPE 装置の改善と最適化、および成長条件の改善によって達成できます。

HVPE 法は成熟しており、成長速度が速いですが、成長した結晶の収率が低く、製品の一貫性が低いという欠点があります。技術的な理由により、市場の企業は一般にヘテロエピタキシャル成長を採用しています。ヘテロエピタキシャル成長は、一般に、サファイアまたはSi上に成長させた後、熱分解、レーザーリフトオフ、または化学エッチングなどの分離技術を使用してGaNを単結晶基板に分離することによって行われます。

MOCVD法

MOCVDは有機金属化合物蒸着と呼ばれます。安定した生育速度と良好な生育品質という利点があり、大規模生産に適しています。これは現在最も成熟したテクノロジーであり、生産現場で最も広く使用されているテクノロジーの 1 つとなっています。 MOCVD は、1960 年代にマナセビットの学者によって初めて提案されました。 1980 年代に、テクノロジーは成熟し、完璧になりました。

の成長GaNMOCVDにおける単結晶材料は主にトリメチルガリウム(TMGa)またはトリエチルガリウム(TEGa)をガリウム源として使用します。どちらも室温では液体です。融点などの要因を考慮して、現在の市場のほとんどはガリウムソースとして TMGa、反応ガスとして NH3、キャリアガスとして高純度 N2 を使用しています。高温(600~1300℃)条件下で、サファイア基板上に薄層GaNを作製することに成功した。

MOCVD法による成長GaNは優れた製品品質、短い成長サイクル、高収率を備えていますが、原材料が高価であり、反応プロセスを正確に制御する必要があるという欠点があります。