日本研發了一種生長高質量GaN晶體的新技術


日本研發了一種生長高質量GaN晶體的新技術

2020-12-28 寬禁帶聯盟

蓋世汽車訊 氮化鎵(GaN)晶體是一種很有發展前景的材料,可用於研發下一代功率半導體設備。據外媒報導,日本國家材料科學研究所(NIMS)與東京工業大學(Tokyo Tech)研發了一種生長高質量GaN晶體的技術,與現有技術生長的GaN晶體相比,新技術製成的GaN晶體缺陷會少很多。與直接在溶液中生長晶體的傳統技術不同,新技術採用了一種塗有合金薄膜的基底,以防止溶液中不合乎需求的雜質被困到生長的晶體中。

用於下一代功率半導體設備中,以用於車輛和其他用途。不過,傳統的GaN單晶體生長技術會將氣態原材料噴到基底上,導致了一個主要的缺點:會在晶體內部形成很多原子大小的缺陷(包括位錯)。當有位錯缺陷的GaN晶體被集成至功率設備中時,會有洩漏的電流穿過該設備,從而損壞設備。

GaN晶體生長技術原理圖(圖片來源:日本國家材料科學研究所)

爲了解決這一問題,研究人員研發出兩種替代性晶體合成技術:氨熱合成法以及鈉助熔劑法。此兩種方法都讓晶體在含有晶體生長原材料的溶液中生長。雖然鈉助熔劑生長法已被證實能夠有效地防止位錯的形成,但是會導致一個新問題:生長的晶體會含有雜質(溶液成分構成的團塊)。

在日本科學家進行的項目中,研究人員製造了一種GaN晶體,同時成功地在GaN種子基底上塗上了由晶體生長原材料(如鎵和鈉)構成的液態合金,從而阻止了雜質被困在生長的晶體中。此外,科學家還發現,該技術能有效地減少位錯的形成,從而合成高質量的晶體。該技術只需要一個簡單的工藝,在大約1小時內就可以製成高質量的GaN基底。

日本科學家們研發的該項技術提供了一種新方法,用於爲下一代功率半導體設備生產高質量GaN基底。目前,研究人員製作通過生長小尺寸的晶體來驗證該技術的有效性,未來,他們計劃將其發展成一種實用性技術,以合成更大的晶體。(來源:蓋世汽車資訊)