今年早些時候，日本開發了一種氮化鎵晶體制備方法，以“High-Quality GaN Crystal Growth Using Flux-Film-Coated LPE with Na Flux”（鈉助劑涂覆薄膜的LPE生長高品質氮化鎵晶體）為題發表在“晶體研究與技術”（Crystal Research ＆ Technology）期刊上，據稱用這種方法制備的GaN晶體缺陷相比當前的技術要少得多。

DOI : 10.1002/crat.202000042

（FFC-LPE）技術生長GaN晶體的原理示意圖

這項技術是有國家材料科學研究所（NIMS）和東京工業大學（Tokyo Tech）共同開發的，與傳統的直接在溶液中生長晶體技術的區別在于，其使用了一種涂油薄合金薄膜的基底，有效防止了溶液中的雜質在晶體生長時混入。

傳統的GaN單晶生長技術，即在襯底上噴涂氣體原料，有一個根本的缺點：它們會在晶體中形成許多原子級缺陷（包括位錯）。含位錯的GaN晶體被集成到功率器件中時，漏電流通過器件而導致器件損壞。為了解決這個問題，人們一直在努力開發兩種替代的晶體合成技術：氨熱法和鈉通量法。這兩種方法的晶體是在含晶體原料的溶液中生長的。雖然鈉熔劑法已被證明可有效減少位錯的形成，但問題在于雜質難以排除。

在這個項目中，生長氮化鎵晶體的同時，在氮化鎵種子基板上連續地涂上由晶體生長原材料（即鎵和鈉）組成的液態合金，從而防止夾雜物被困在生長晶體中。此外，這種技術被發現可以有效地減少位錯的形成，從而合成高質量的晶體。這種技術可以通過一個非常簡單的過程在大約一個小時內制備出高質量的GaN襯底。該技術為下一代功率半導體器件的制備提供了一種新的方法。我們目前正在通過生長小晶體來驗證它的有效性。在未來的研究中，我們計劃將其發展成一種實用的技術，使之能夠合成更大的晶體。

編譯 YUXI