Udvikling af en ny billig galliumnitrid (GaN) krystalfremstillingsenhed

JST annoncerer den succesrige udvikling af en højkvalitets bulk GaN vækstenhed baseret på THVPE-metoden, et udviklingsemne for det nye udvidede teknologioverførselsprogram (NexTEP). Udvikling hen imod kommerciel anvendelighed blev udført af Innovation and R&D Division af Taiyo Nippon Sanso fra august 2013 til marts 2019, baseret på forskning fra professor Akinori Koukitsu fra Tokyo University of Agriculture and Technology. Forskerholdet har udviklet en GaN krystalfremstillingsenhed, der opnår høj hastighed, høj kvalitet, og kontinuerlig vækst.

Galliumnitrid (GaN) krystal er en halvleder, der i vid udstrækning anvendes som en blå lysemitterende diode, men det er også velegnet til at bruge som strømforsyningsmateriale i udstyr til højhastighedskontaktdrift og højspænding, højstrømsapplikationer. GaN krystal er langt bedre end silicium krystal, det nuværende mainstream-materiale.

Størstedelen af ​​GaN-krystalsubstrater, der bruges i elektroniske enheder, er fremstillet ved hjælp af HVPE-metoden (Hydride Vapor Phase Epitaxy). Det er vanskeligt at fremstille tykke GaN-krystaller ved hjælp af HVPE-metoden på grund af forvrængninger i krystallen, og GaN-krystaller dyrkes på et heterogent frøkrystalsubstrat, og gentagne gange pillet af i en tykkelse på mindre end 1 mm til brug. Af denne grund, kommercielt praktisk fremstilling af GaN-krystaller har hidtil ikke været mulig på grundlag af omkostninger og krystalkvalitet, især i lyset af det for- og efterarbejde, der kræves i processen, såsom rengøring af ovnen.

Taiyo Nippon Sanso har avanceret HVPE-metoden til at udvikle et GaN-krystalproduktionssystem, der opnår høj hastighed, høj kvalitet, kontinuerlig vækst gennem Tri-halide Vapor Phase Epitaxy (THVPE)-metoden under anvendelse af et galliumtrichlorid-ammoniak-reaktionssystem. THVPE-metoden lykkes med at danne krystaller af høj kvalitet med en højhastighedsvæksthastighed tre gange hurtigere end nuværende konventionelle metoder, med kun en femtedel af den nuværende frekvens af dislokationsdefekter.

Den nye THVPE-metode giver også mange omkostningsfordele i forhold til nuværende teknikker, såsom ikke forringet kvartsglasrør som reaktoren, forhindre reduktion af krystalvækstområde, og reduktion af forekomsten af ​​unødvendige polykrystaller.

Hvis THVPE-teknikken kan videreudvikles for at opnå produktion af tykke GaN-krystaller, det vil tillade masseproduktion af GaN-krystalsubstrater gennem udskæring. Den nye teknik har et stærkt løfte om at opnå et gennembrud i udviklingen af ​​lavpris, højtydende GaN-enheder.