氢化物气相外延（HVPE）

牛总部设在美国马里兰州银泉的TDI是世界领先的发展生产新型化合物半导体，如GaN，AlN，AlGaN ，InN和InGaN的氢化物气相外延( HVPE )工艺和技术的公司。 这些材料被用于各种应用，最主要的是固态照明，短波长光电子和射频功率电子。

TDI生产的氮化物模板

氢化物气相外延

在HVPE工艺过程中，III族氮化物(如GaN，AlN)是由热的气态金属氯化物(如GaCl或AlCl)与氨气(NH3) (参照如下公式)反应形成的 。 金属氯化物是热的HCl气体通过热的III族金属产生的。 所有反应都是在温度控制的石英炉内进行的。

如，热 HCl (气) + Ga (液) ------> GaCl (气)

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

GaN或AlN模板被生长在诸如SiC或蓝宝石的衬底上。 可以通过在反应过程中使用镁来获得p型的GaN或AlN，而通过通入氩气作为载气硅烷气体来获得n型材料。

HVPE的优势

HVPE发展于20世纪60年代，它是第一个用于制造GaN单晶外延方法。 该技术的主要特点之一是它的高生长速率(最高可达100微米/小时)，这比一般的金属有机化学气相沉积和分子束外延工艺要快几乎两个数量级。

该技术能够生产无裂纹，高质量的GaN外延层(例如，在一个生长在蓝宝石上的GaN模板中，典型的位错密度可低至107/cm3。 )图1表示了蓝宝石上10微米厚的GaN模板的x射线衍射。 (002)面ω扫描的半高全宽是250弧秒，这么窄的半高全宽证明材料质量十分优异。

HVPE的另一个优势是它能够生长用于光电子和射频电子器件的厚的，高质量的AlGaN和AlN。TDI已经证明该技术能够生长更厚、更高质量的用于短波长发光器件的AlGaN基有源区，它具有高辐射复合效率，这是高效率紫外发光二极管一个基本特征。和金属有机物化学气相沉积不一样，HVPE工艺并不涉及金属有机源，从而提供了一种'无碳'的外延生长环境。 此外，使用气态的氯化氢还提供了一种杂质自清洁效应，使得外延层具有更低的背景杂质和更有效的掺杂水平。

TDI已经展示了业界首个HVPE生长的多层膜的亚微米级AlGaN / GaN异质结构。

InGaN是一种用于制作GaN基蓝光，绿光，白光发光二极管和蓝光激光二极管的关键化合物半导体材料。 大多数现有的发光二极管依赖于金属有机物化学气相沉积来生长InGaN量子阱结构发光区。 最近，TDI已经发展了HVPE技术来控制InGaN的生长速率到制作量子阱结构所需的非常低的水平，大约0.5至1微米/小时.

InGaN材料的发展将首次允许使用HVPE法制造蓝光和绿光发光二极管。TDI最近已经获得了大量的由美国国防部高级研究计划属VIGIL计划资助的资金，用以发展基于InGaN-GaN材料的绿光激光器技术。