مشکلات در آماده سازی GaN

به عنوان یک ماده نیمه هادی نسل سوم، نیترید گالیم اغلب با آن مقایسه می شودسیلیکون کاربید. نیترید گالیوم همچنان برتری خود را با فاصله باند بزرگ، ولتاژ شکست بالا، هدایت حرارتی بالا، سرعت رانش الکترون اشباع بالا و مقاومت در برابر تشعشع قوی نشان می دهد. اما غیرقابل انکار است که مانند کاربید سیلیکون، نیترید گالیم نیز دارای مشکلات فنی مختلفی است.

مشکل مواد بستر

درجه تطابق بین بستر و شبکه فیلم بر کیفیت فیلم GaN تأثیر می گذارد. در حال حاضر، متداول ترین بستر مورد استفاده یاقوت کبود (Al2O3) است. این نوع مواد به دلیل آماده سازی ساده، قیمت پایین، پایداری حرارتی خوب، به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد و می توان از آن برای رشد فیلم های با اندازه بزرگ استفاده کرد. با این حال، به دلیل تفاوت زیاد آن در ثابت شبکه و ضریب انبساط خطی از نیترید گالیم، فیلم نیترید گالیوم تهیه شده ممکن است دارای عیوب مانند ترک باشد. از طرف دیگر، از آنجایی که تک کریستال بستر حل نشده است، چگالی نقص هترواپیتاکسیال بسیار زیاد است، و قطبیت نیترید گالیم بسیار زیاد است، به دست آوردن یک تماس اهمی خوب فلز-نیمه هادی از طریق دوپینگ بالا دشوار است، بنابراین فرآیند تولید پیچیده تر است.

مشکلات تهیه فیلم نیترید گالیوم

روش‌های سنتی اصلی برای تهیه لایه‌های نازک GaN عبارتند از MOCVD (رسوب بخار آلی فلز)، MBE (اپیتاکسی پرتو مولکولی) و HVPE (اپیتاکسی فاز بخار هیدرید). در این میان روش MOCVD خروجی زیاد و چرخه رشد کوتاهی دارد که برای تولید انبوه مناسب است، اما پس از رشد نیاز به بازپخت شدن است و ممکن است فیلم حاصل دارای ترک هایی باشد که بر کیفیت محصول تأثیر می گذارد. روش MBE فقط می تواند برای تهیه مقدار کمی از فیلم GaN در یک زمان استفاده شود و نمی توان از آن برای تولید در مقیاس بزرگ استفاده کرد. کریستال های GaN تولید شده توسط روش HVPE کیفیت بهتری دارند و در دماهای بالاتر سریعتر رشد می کنند، اما واکنش در دمای بالا نیازهای نسبتا بالایی برای تجهیزات تولید، هزینه های تولید و فناوری دارد.