氫化物氣相外延（HVPE）

牛總部設在美國馬里蘭州銀泉的TDI是世界領先的發展生產新型化合物半導體，如GaN，AlN，AlGaN ，InN和InGaN的氫化物氣相外延( HVPE )工藝和技術的公司。 這些材料被用于各種應用，最主要的是固態照明，短波長光電子和射頻功率電子。

TDI生產的氮化物模板

氫化物氣相外延

在HVPE工藝過程中，III族氮化物(如GaN，AlN)是由熱的氣態金屬氯化物(如GaCl或AlCl)與氨氣(NH3) (參照如下公式)反應形成的 。 金屬氯化物是熱的HCl氣體通過熱的III族金屬產生的。 所有反應都是在溫度控制的石英爐內進行的。

如，熱 HCl (氣) + Ga (液) ------> GaCl (氣)

GaCl (氣) + NH3 (氣) -------> GaN (固) + HCl (氣) + H2 (氣)

GaN或AlN模板被生長在諸如SiC或藍寶石的襯底上。 可以通過在反應過程中使用鎂來獲得p型的GaN或AlN，而通過通入氬氣作為載氣硅烷氣體來獲得n型材料。

HVPE的優勢

HVPE發展于20世紀60年代，它是第一個用于制造GaN單晶外延方法。 該技術的主要特點之一是它的高生長速率(最高可達100微米/小時)，這比一般的金屬有機化學氣相沉積和分子束外延工藝要快幾乎兩個數量級。

該技術能夠生產無裂紋，高質量的GaN外延層(例如，在一個生長在藍寶石上的GaN模板中，典型的位錯密度可低至107/cm3。 )圖1表示了藍寶石上10微米厚的GaN模板的x射線衍射。 (002)面ω掃描的半高全寬是250弧秒，這么窄的半高全寬證明材料質量十分優異。

HVPE的另一個優勢是它能夠生長用于光電子和射頻電子器件的厚的，高質量的AlGaN和AlN。TDI已經證明該技術能夠生長更厚、更高質量的用于短波長發光器件的AlGaN基有源區，它具有高輻射復合效率，這是高效率紫外發光二極管一個基本特征。和金屬有機物化學氣相沉積不一樣，HVPE工藝并不涉及金屬有機源，從而提供了一種'無碳'的外延生長環境。 此外，使用氣態的氯化氫還提供了一種雜質自清潔效應，使得外延層具有更低的背景雜質和更有效的摻雜水平。

TDI已經展示了業界首個HVPE生長的多層膜的亞微米級AlGaN / GaN異質結構。

InGaN是一種用于制作GaN基藍光，綠光，白光發光二極管和藍光激光二極管的關鍵化合物半導體材料。 大多數現有的發光二極管依賴于金屬有機物化學氣相沉積來生長InGaN量子阱結構發光區。 最近，TDI已經發展了HVPE技術來控制InGaN的生長速率到制作量子阱結構所需的非常低的水平，大約0.5至1微米/小時.

InGaN材料的發展將首次允許使用HVPE法制造藍光和綠光發光二極管。TDI最近已經獲得了大量的由美國國防部高級研究計劃屬VIGIL計劃資助的資金，用以發展基于InGaN-GaN材料的綠光激光器技術。