GaN作製の難しさ

第 3 世代の半導体材料として、窒化ガリウムはよく比較されます。炭化ケイ素。窒化ガリウムは、その大きなバンドギャップ、高い降伏電圧、高い熱伝導率、高い飽和電子ドリフト速度、および強い放射線耐性により、その優位性を今でも実証しています。しかし、炭化ケイ素と同様に、窒化ガリウムにもさまざまな技術的困難があることは否定できません。

基板材質の問題

基板と膜の格子間の整合度は、GaN 膜の品質に影響を与えます。現在、最も一般的に使用されている基板はサファイア（Al2O3）です。このタイプの材料は、製造が簡単で、価格が低く、熱安定性が高く、大型の膜の成長に使用できるため、広く使用されています。しかし、窒化ガリウムとは格子定数や線膨張係数が大きく異なるため、作製した窒化ガリウム膜にクラックなどの欠陥が生じる場合がある。一方で、基板単結晶が溶解されておらず、ヘテロエピタキシャル欠陥密度が非常に高く、窒化ガリウムの極性が大きすぎるため、高ドーピングによって良好な金属-半導体オーミック接触を得ることが困難であるため、製造プロセスはより複雑です。

窒化ガリウム膜の準備の問題

GaN 薄膜を製造するための従来の主な方法は、MOCVD (有機金属気相成長)、MBE (分子線エピタキシー)、および HVPE (水素化物気相エピタキシー) です。このうちMOCVD法は、出力が大きく成長サイクルが短く、量産に適しているが、成長後にアニールが必要であり、得られた膜にクラックが発生して製品の品質に影響を与える場合があるため、 MBE法は一度に少量のGaN膜しか製造できないため、大規模生産には使用できません。 HVPE 法で生成される GaN 結晶は品質が高く、高温でより速く成長しますが、高温反応には製造設備、製造コスト、技術に対する要件が比較的高くなります。