高純度氮化鎵單結晶基板的量產新方法

 

刊登日期:2020/6/29
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東北大學在日前發表與日本製鋼所、三菱化學共同開發了一項能夠實現高性能功率電晶體的高純度氮化鎵(GaN)單結晶基板的量產方法。由於氮化鎵擁有寬能帶間隙(Bandgap)、高崩潰電場、耐高溫,以及高速的電子遷移率等優良特性,因此被認為非常適合應用於高頻、高功率之垂直型功率電晶體的製作。但是一直以來氮化鎵單結晶基板不易入手,因此洩漏電流較少、高信賴性的氮化鎵垂直型功率電晶體的製作較為困難。

此次研究團隊開發了低壓酸性氨熱法(Low-pressure Acidic Ammonothermal;LPAAT),可以量產直徑2吋以上的氮化鎵單結晶基板。低壓酸性氨熱法與已經實用化、使用高壓超臨界氨流體的酸性氨熱法不同,能利用低溫使結晶成長,與過去相比較,可以利用較小型的結晶成長爐量產大型結晶。

利用低壓酸性氨熱法製作的氮化鎵單結晶具有低結晶鑲嵌性(Mosaic Property),曲率半徑1.5km的話,就幾乎不會有翹曲。為了抑制結晶成長爐材質上鐵或鎳的污染,研究團隊在結晶成長爐的內壁塗佈銀之後,抑制了不純物質混入氮化鎵結晶的狀況。此外,以低溫光激發光能夠確認氮化鎵激子遷移(Exciton Transition)的發光,達到了優異的結晶性與高純度。

透過此次新開發的手法,將可望促進大口徑、低翹曲、高純度之氮化鎵單結晶基板的普及,進而達到高信賴性之氮化鎵垂直型功率電晶體的實用化。此外,將低壓酸性氨熱法應用於大型結晶成長爐的話,則可望實現擁有同樣優異特性之大口徑氮化鎵基板的開發。


資料來源: https://engineer.fabcross.jp/archeive/200602_tohoku-univ.html
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