Dificuldades na preparação de GaN

Como material semicondutor de terceira geração, o nitreto de gálio é frequentemente comparado comCarboneto de Silício. O nitreto de gálio ainda demonstra sua superioridade com seu grande bandgap, alta tensão de ruptura, alta condutividade térmica, alta velocidade de deriva de elétrons saturados e forte resistência à radiação. Mas é inegável que, assim como o carboneto de silício, o nitreto de gálio também apresenta diversas dificuldades técnicas.

Problema de material de substrato

O grau de correspondência entre o substrato e a estrutura do filme afeta a qualidade do filme GaN. Atualmente, o substrato mais utilizado é a safira (Al2O3). Esse tipo de material é amplamente utilizado devido ao seu preparo simples, baixo preço, boa estabilidade térmica, podendo ser utilizado para cultivo de filmes de grandes tamanhos. No entanto, devido à sua grande diferença na constante de rede e no coeficiente de expansão linear do nitreto de gálio, o filme de nitreto de gálio preparado pode apresentar defeitos como rachaduras. Por outro lado, como o substrato monocristalino não foi resolvido, a densidade do defeito heteroepitaxial é bastante alta e a polaridade do nitreto de gálio é muito grande, é difícil obter um bom contato ôhmico metal-semicondutor através de alta dopagem, então o processo de fabricação é mais complicado.

Problemas de preparação de filme de nitreto de gálio

Os principais métodos tradicionais para a preparação de filmes finos de GaN são MOCVD (deposição de vapor orgânico metálico), MBE (epitaxia por feixe molecular) e HVPE (epitaxia em fase de vapor de hidreto). Dentre eles, o método MOCVD tem grande rendimento e ciclo de crescimento curto, adequado para produção em massa, mas é necessário recozimento após o crescimento, e o filme resultante pode apresentar rachaduras, o que afetará a qualidade do produto; o método MBE só pode ser usado para preparar uma pequena quantidade de filme GaN por vez e não pode ser usado para produção em larga escala; os cristais de GaN gerados pelo método HVPE são de melhor qualidade e crescem mais rápido em temperaturas mais altas, mas a reação em alta temperatura tem requisitos relativamente altos para equipamentos de produção, custos de produção e tecnologia.