今年早些时候，日本开发了一种氮化镓晶体制备方法，以“High-Quality GaN Crystal Growth Using Flux-Film-Coated LPE with Na Flux”（钠助剂涂覆薄膜的LPE生长高品质氮化镓晶体）为题发表在“晶体研究与技术”（Crystal Research ＆ Technology）期刊上，据称用这种方法制备的GaN晶体缺陷相比当前的技术要少得多。

DOI : 10.1002/crat.202000042

（FFC-LPE）技术生长GaN晶体的原理示意图

这项技术是有国家材料科学研究所（NIMS）和东京工业大学（Tokyo Tech）共同开发的，与传统的直接在溶液中生长晶体技术的区别在于，其使用了一种涂油薄合金薄膜的基底，有效防止了溶液中的杂质在晶体生长时混入。

传统的GaN单晶生长技术，即在衬底上喷涂气体原料，有一个根本的缺点：它们会在晶体中形成许多原子级缺陷（包括位错）。含位错的GaN晶体被集成到功率器件中时，漏电流通过器件而导致器件损坏。为了解决这个问题，人们一直在努力开发两种替代的晶体合成技术：氨热法和钠通量法。这两种方法的晶体是在含晶体原料的溶液中生长的。虽然钠熔剂法已被证明可有效减少位错的形成，但问题在于杂质难以排除。

在这个项目中，生长氮化镓晶体的同时，在氮化镓种子基板上连续地涂上由晶体生长原材料（即镓和钠）组成的液态合金，从而防止夹杂物被困在生长晶体中。此外，这种技术被发现可以有效地减少位错的形成，从而合成高质量的晶体。这种技术可以通过一个非常简单的过程在大约一个小时内制备出高质量的GaN衬底。该技术为下一代功率半导体器件的制备提供了一种新的方法。我们目前正在通过生长小晶体来验证它的有效性。在未来的研究中，我们计划将其发展成一种实用的技术，使之能够合成更大的晶体。

编译 YUXI