Difficoltà nella preparazione del GaN

Come materiale semiconduttore di terza generazione, il nitruro di gallio viene spesso paragonato aCarburo di silicio. Il nitruro di gallio dimostra ancora la sua superiorità con il suo ampio gap di banda, l'elevata tensione di rottura, l'elevata conduttività termica, l'elevata velocità di deriva degli elettroni saturi e la forte resistenza alle radiazioni. Ma è innegabile che, come il carburo di silicio, anche il nitruro di gallio presenta diverse difficoltà tecniche.

Problema del materiale del substrato

Il grado di corrispondenza tra il substrato e il reticolo della pellicola influisce sulla qualità della pellicola GaN. Attualmente il substrato più comunemente utilizzato è lo zaffiro (Al2O3). Questo tipo di materiale è ampiamente utilizzato per la sua semplice preparazione, il basso prezzo, la buona stabilità termica e può essere utilizzato per sviluppare film di grandi dimensioni. Tuttavia, a causa della grande differenza nella costante reticolare e nel coefficiente di espansione lineare rispetto al nitruro di gallio, la pellicola preparata di nitruro di gallio può presentare difetti come crepe. D'altra parte, poiché il monocristallo del substrato non è stato risolto, la densità del difetto eteroepitassiale è piuttosto elevata e la polarità del nitruro di gallio è troppo grande, è difficile ottenere un buon contatto ohmico metallo-semiconduttore attraverso un drogaggio elevato, quindi il processo di produzione è più complicato.

Problemi di preparazione della pellicola al nitruro di gallio

I principali metodi tradizionali per la preparazione di film sottili di GaN sono MOCVD (deposizione di vapore organico metallico), MBE (epitassia a fascio molecolare) e HVPE (epitassia in fase vapore di idruro). Tra questi, il metodo MOCVD ha un rendimento elevato e un ciclo di crescita breve, adatto per la produzione di massa, ma dopo la crescita è necessaria la ricottura e il film risultante potrebbe presentare crepe, che influenzeranno la qualità del prodotto; il metodo MBE può essere utilizzato solo per preparare una piccola quantità di film di GaN alla volta e non può essere utilizzato per la produzione su larga scala; i cristalli di GaN generati dal metodo HVPE sono di migliore qualità e crescono più velocemente a temperature più elevate, ma la reazione ad alta temperatura ha requisiti relativamente elevati in termini di attrezzature di produzione, costi di produzione e tecnologia.