日本研发制造高质量氮化镓晶体的新方法 可用于下一代功率半导体设备

盖世汽车讯 氮化镓（GaN）晶体是一种很有发展前景的材料，可用于研发下一代功率半导体设备。据外媒报道，日本国家材料科学研究所（NIMS）与东京工业大学（Tokyo Tech）研发了一种生长高质量GaN晶体的技术，与现有技术生长的GaN晶体相比，新技术制成的GaN晶体缺陷会少很多。与直接在溶液中生长晶体的传统技术不同，新技术采用了一种涂有合金薄膜的基底，以防止溶液中不合乎需求的杂质被困到生长的晶体中。

用于下一代功率半导体设备中，以用于车辆和其他用途。不过，传统的GaN单晶体生长技术会将气态原材料喷到基底上，导致了一个主要的缺点：会在晶体内部形成很多原子大小的缺陷（包括位错）。当有位错缺陷的GaN晶体被集成至功率设备中时，会有泄漏的电流穿过该设备，从而损坏设备。

GaN晶体生长技术原理图（图片来源：日本国家材料科学研究所）

为了解决这一问题，研究人员研发出两种替代性晶体合成技术：氨热合成法以及钠助熔剂法。此两种方法都让晶体在含有晶体生长原材料的溶液中生长。虽然钠助熔剂生长法已被证实能够有效地防止位错的形成，但是会导致一个新问题：生长的晶体会含有杂质（溶液成分构成的团块）。

在日本科学家进行的项目中，研究人员制造了一种GaN晶体，同时成功地在GaN种子基底上涂上了由晶体生长原材料（如镓和钠）构成的液态合金，从而阻止了杂质被困在生长的晶体中。此外，科学家还发现，该技术能有效地减少位错的形成，从而合成高质量的晶体。该技术只需要一个简单的工艺，在大约1小时内就可以制成高质量的GaN基底。

日本科学家们研发的该项技术提供了一种新方法，用于为下一代功率半导体设备生产高质量GaN基底。目前，研究人员制作通过生长小尺寸的晶体来验证该技术的有效性，未来，他们计划将其发展成一种实用性技术，以合成更大的晶体。