Udvikling af en ny teknik til dyrkning af højkvalitets galliumnitridkrystaller

Galliumnitridkrystaller er et lovende materiale til udviklingen af ​​næste generations halvlederenheder. NIMS og Tokyo Tech udviklede en teknik til at dyrke GaN-krystaller af høj kvalitet med betydeligt færre defekter end dem, der dyrkes ved hjælp af eksisterende teknikker. I modsætning til konventionelle teknikker, hvor en krystal dyrkes direkte i en opløsning, denne teknik bruger et substrat belagt med tynd-legeringsfilm, der forhindrer uønskede indeslutninger af opløsningen i at blive fanget i den voksende krystal.

GaN-halvledere er i stand til at modstå stærkere elektriske strømme og højere spændinger end siliciumhalvledere. Disse fordele har ført til intensiv forskning og udvikling på GaN til brug i næste generations halvledere til brug i køretøjer og andre formål. Imidlertid, konventionelle GaN enkeltkrystal vækstteknikker, hvor et gasformigt råmateriale sprøjtes på et substrat, har en grundlæggende ulempe:de forårsager dannelsen af ​​mange atomare defekter (inklusive dislokationer) i krystallen. Når GaN-krystaller med dislokationer integreres i strømenheder, lækstrømmen passerer gennem enhederne og forårsager skader på dem. For at løse dette problem, Der er gjort en intensiv indsats for at udvikle to alternative krystalsynteseteknikker:den ammonotermiske metode og natriumfluxmetoden. I begge metoder, en krystal dyrkes i en opløsning indeholdende råmaterialer til krystalvækst. Mens Na-flux-metoden har vist sig at være effektiv til at minimere dannelsen af ​​dislokationer, et nyt problem er blevet identificeret:en voksende krystal inkorporerer indeslutninger (klumper af opløsningens bestanddele).

I dette projekt, forskerne dyrkede en GaN-krystal, mens de successivt overtrak GaN-frøsubstratet med en flydende legering bestående af råmaterialer til krystalvækst (dvs. gallium og natrium), derved forhindrer indeslutninger i at blive fanget i den voksende krystal. Ud over, denne teknik viste sig at være effektiv til signifikant at reducere dannelsen af ​​dislokationer, resulterer i syntese af højkvalitetskrystaller. Denne teknik gør det muligt at fremstille et GaN-substrat af høj kvalitet gennem en meget enkel proces inden for cirka en time.

Teknikken, de udviklede, kan tilbyde en ny metode til fremstilling af højkvalitets GaN-substrater til brug i næste generations strømhalvlederenheder. Forskerne er i øjeblikket ved at verificere dens effektivitet ved at dyrke små krystaller. I fremtidige undersøgelser, de planlægger at udvikle det til en praktisk teknik, der vil muliggøre syntesen af ​​større krystaller.