Schwierigkeiten bei der GaN-Vorbereitung

Als Halbleitermaterial der dritten Generation wird Galliumnitrid oft mit verglichenSiliziumkarbid. Galliumnitrid demonstriert immer noch seine Überlegenheit mit seiner großen Bandlücke, der hohen Durchbruchspannung, der hohen Wärmeleitfähigkeit, der hohen Sättigungselektronendriftgeschwindigkeit und der starken Strahlungsbeständigkeit. Es lässt sich jedoch nicht leugnen, dass Galliumnitrid ebenso wie Siliziumkarbid verschiedene technische Schwierigkeiten aufweist.

Problem mit dem Substratmaterial

Der Grad der Übereinstimmung zwischen Substrat und Filmgitter beeinflusst die Qualität des GaN-Films. Das derzeit am häufigsten verwendete Substrat ist Saphir (Al2O3). Diese Art von Material wird aufgrund seiner einfachen Herstellung, seines niedrigen Preises und seiner guten thermischen Stabilität häufig verwendet und kann zum Züchten großformatiger Filme verwendet werden. Aufgrund des großen Unterschieds in der Gitterkonstante und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten von Galliumnitrid kann der vorbereitete Galliumnitridfilm jedoch Mängel wie Risse aufweisen. Da andererseits der Substrateinkristall nicht gelöst wurde, die heteroepitaktische Defektdichte ziemlich hoch ist und die Polarität von Galliumnitrid zu groß ist, ist es schwierig, durch hohe Dotierung einen guten ohmschen Metall-Halbleiter-Kontakt zu erhalten Der Herstellungsprozess ist komplizierter.

Probleme bei der Vorbereitung des Galliumnitrid-Films

Die wichtigsten traditionellen Methoden zur Herstellung von GaN-Dünnschichten sind MOCVD (metallorganische Gasphasenabscheidung), MBE (Molekularstrahlepitaxie) und HVPE (Hydriddampfphasenepitaxie). Unter diesen weist das MOCVD-Verfahren eine große Leistung und einen kurzen Wachstumszyklus auf, was für die Massenproduktion geeignet ist. Nach dem Wachstum ist jedoch ein Glühen erforderlich, und der resultierende Film kann Risse aufweisen, die die Qualität des Produkts beeinträchtigen. Mit der MBE-Methode kann jeweils nur eine kleine Menge GaN-Film hergestellt werden und sie kann nicht für die Produktion im großen Maßstab verwendet werden. Die mit der HVPE-Methode erzeugten GaN-Kristalle sind von besserer Qualität und wachsen bei höheren Temperaturen schneller, allerdings stellt die Hochtemperaturreaktion relativ hohe Anforderungen an Produktionsausrüstung, Produktionskosten und Technologie.