Vaikeuksia GaN-valmistelussa

Kolmannen sukupolven puolijohdemateriaalina verrataan usein galliumnitridiaPiikarbidi. Galliumnitridi osoittaa edelleen paremmuustaan ​​suurella kaistavälillä, suurella läpilyöntijännitteellä, korkealla lämmönjohtavuudella, suurella kyllästyneiden elektronien ryömintänopeudella ja vahvalla säteilyn vastustuskyvyllä. Mutta on kiistatonta, että piikarbidin tavoin galliumnitridillä on myös erilaisia ​​teknisiä vaikeuksia.

Alustamateriaaliongelma

Substraatin ja kalvohilan välinen yhteensopivuus vaikuttaa GaN-kalvon laatuun. Tällä hetkellä yleisimmin käytetty substraatti on safiiri (Al2O3). Tämän tyyppistä materiaalia käytetään laajalti sen yksinkertaisen valmistuksen, alhaisen hinnan ja hyvän lämpöstabiilisuuden vuoksi, ja sitä voidaan käyttää suurikokoisten kalvojen kasvattamiseen. Kuitenkin, koska sillä on suuri ero galliumnitridin hilavakion ja lineaarisen laajenemiskertoimen välillä, valmistetussa galliumnitridikalvossa voi olla vikoja, kuten halkeamia. Toisaalta, koska substraatin yksikidettä ei ole ratkaistu, heteroepitaksiaalinen vikatiheys on melko korkea ja galliumnitridin napaisuus on liian suuri, on vaikea saada hyvää metalli-puolijohde-ohmista kontaktia korkealla dopingilla, joten valmistusprosessi on monimutkaisempaa.

Galliumnitridikalvon valmisteluongelmat

Tärkeimmät perinteiset menetelmät GaN-ohutkalvojen valmistukseen ovat MOCVD (metal organic vapor deposition), MBE (molecular beam epitaxy) ja HVPE (hydridi höyryfaasiepitaksi). Niistä MOCVD-menetelmällä on suuri teho ja lyhyt kasvusykli, joka soveltuu massatuotantoon, mutta kasvun jälkeen tarvitaan hehkutusta ja tuloksena olevassa kalvossa voi olla halkeamia, jotka vaikuttavat tuotteen laatuun; MBE-menetelmää voidaan käyttää vain pienen määrän GaN-kalvon valmistamiseen kerrallaan, eikä sitä voida käyttää laajamittaiseen tuotantoon; HVPE-menetelmällä tuotetut GaN-kiteet ovat laadukkaampia ja kasvavat nopeammin korkeammissa lämpötiloissa, mutta korkean lämpötilan reaktiolla on suhteellisen korkeat vaatimukset tuotantolaitteille, tuotantokustannuksille ja teknologialle.