Warum werden Tiegel aus Bornitrid (BN) oder Aluminiumoxid für das Na-Fluss-GaN-Wachstum bevorzugt? Optimieren Sie Ihre Kristallaausbeute

Bornitrid (BN) und Aluminiumoxid sind die bevorzugten Tiegelmaterialien für das Natriumfluss-Wachstum von Galliumnitrid, da sie eine wesentliche Kombination aus thermischer Stabilität und chemischer Inertheit bieten. Insbesondere können sie die erforderlichen Betriebstemperaturen von 800-900 °C aushalten und gleichzeitig der hochkorrosiven Natur von geschmolzenen Natrium- und Galliumgemischen widerstehen.

Kernbotschaft Der Erfolg beim Na-Fluss-Wachstum hängt von der Kontrolle ab, wo der Kristall gebildet wird. BN und Aluminiumoxid sind entscheidend, da ihre geringe Benetzbarkeit und hohe Reinheit verhindern, dass die Schmelze mit den Gefäßwänden reagiert, wodurch unerwünschte Streukristalle (parasitäre Keimbildung) unterdrückt und sichergestellt wird, dass das Wachstum vollständig auf dem Impfkristall konzentriert ist.

Die Herausforderung der Reaktionsumgebung

Widerstand gegen thermische Belastung

Die Natriumfluss-Methode arbeitet bei erheblichen Temperaturen, typischerweise zwischen 800 und 900 °C. Das Reaktionsgefäß muss seine strukturelle Integrität beibehalten, ohne sich in diesem Temperaturbereich zu erweichen oder zu verformen.

Widerstand gegen chemische Angriffe

Geschmolzenes Natrium und Gallium sind chemisch aggressiv. BN und Aluminiumoxid werden speziell ausgewählt, weil sie chemischen Angriffen durch dieses Gemisch widerstehen. Im Gegensatz zu anderen potenziellen Materialien zersetzen sie sich nicht und lösen sich nicht auf, wenn sie mit diesen korrosiven Flussmitteln in Kontakt kommen.

Kontrolle der Kristallkeimbildung

Die Rolle der geringen Benetzbarkeit

Ein entscheidender Faktor bei diesem Prozess ist die geringe Benetzbarkeit. Das geschmolzene Gemisch breitet sich nicht leicht auf der Oberfläche von BN oder Aluminiumoxid aus oder haftet daran.

Unterdrückung parasitärer Keimbildung

Da die Schmelze die Tiegelwände nicht "benetzt", wird die Kristallbildung auf der Behälteroberfläche minimiert. Diese Unterdrückung der parasitären Keimbildung ist unerlässlich. Sie verhindert, dass sich zufällige Kristalle an den Wänden bilden, die sonst mit dem beabsichtigten Impfkristall um Ressourcen konkurrieren würden.

Fokussierung des Wachstums auf den Impfkristall

Durch die Eliminierung von Konkurrenz durch die Tiegelwände stellt das System sicher, dass die übersättigten Nährstoffe ausschließlich dem Wachstum von großkristallinen Impfkristallen zugutekommen. Dies führt zu einem effizienteren Prozess und größeren Endkristallen.

Gewährleistung der Materialreinheit

Verhinderung von Kontamination

Hochwertiges Halbleiterwachstum erfordert eine kontaminationsfreie Umgebung. BN- und Aluminiumoxid-Tiegel sind in hoch reinen Qualitäten erhältlich.

Eliminierung von Verunreinigungen

Da diese Materialien chemischen Angriffen widerstehen, geben sie keine Substanzen in die Schmelze ab. Dies verhindert die Einführung von Verunreinigungen, die die elektronischen oder optischen Eigenschaften des Galliumnitrid-Kristalls beeinträchtigen könnten.

Risiken einer unsachgemäßen Materialauswahl

Die Kosten der Benetzbarkeit

Wenn ein Tiegelmaterial eine hohe Benetzbarkeit aufweist, haftet die Schmelze an den Wänden. Dies garantiert fast die Bildung von Polykristallen auf der Behälteroberfläche, was die Ausbeute des Einkristalls reduziert.

Chemische Instabilität

Die Verwendung von Materialien, die dem korrosiven Na-Fluss nicht standhalten, führt zu Behälterversagen oder Schmelzkontamination. Selbst geringe Abnutzung des Tiegels führt Fremdatome ein und zerstört die für diese Kristalle erforderliche hohe Qualität.

Die richtige Wahl für Ihr Ziel treffen

Um die Effektivität Ihres Na-Fluss-Wachstumsprozesses zu maximieren, beachten Sie diese Prioritäten:

• Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Kristallqualität liegt: Wählen Sie hochreines BN oder Aluminiumoxid, um chemische Auslaugung zu vermeiden und die Einführung von Verunreinigungen in die Schmelze zu verhindern.
• Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf Ausbeute und Größe liegt: Verlassen Sie sich auf die geringe Benetzbarkeit dieser Materialien, um parasitäre Keimbildung zu unterdrücken und das gesamte Wachstum auf Ihren großen Impfkristall zu zwingen.

Die Wahl des Tiegels dient nicht nur der Aufnahme; sie ist ein aktiver Kontrollmechanismus für die Kristallreinheit und die Keimbildungsdynamik.

Zusammenfassungstabelle:

Merkmal	Bornitrid (BN)	Aluminiumoxid (Al₂O₃)	Auswirkung auf das Na-Fluss-Wachstum
Temperaturgrenze	Bis zu 900 °C+ (Inert)	Bis zu 1700 °C	Behält Integrität im Wachstumsbereich von 800-900 °C bei
Benetzbarkeit	Sehr gering	Gering	Unterdrückt parasitäre Keimbildung an den Wänden
Chemische Beständigkeit	Ausgezeichnet (Geschmolzenes Na/Ga)	Hoch (Korrosionsbeständig)	Verhindert Schmelzkontamination und Auslaugung
Reinheitsgrade	Ultrahoch verfügbar	Hoch	Gewährleistet hohe elektronische/optische GaN-Qualität

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