GaN新技术：单晶生长仅需1小时，位错低于1%

6月15日，日本举办了一场“新技术说明会”，其中介绍了一种“高质量GaN晶体生长方法”。

据介绍，该技术有几个关键好处：

✔ 解决溶液生长法所存在的“夹杂物”问题，可将GaN晶体位错缺陷降低至1%以下，从而获得高质量晶体。

✔ 加快晶体生长时间，1小时就可以得到高质量的氮化镓衬底。

✔ 可用溅射法生产价格低廉、大尺寸GaN晶体。

以Na flux为例，在LPE生长几百微米后，籽晶的位错密度可以从108 cm-2数量级减少到104 cm-2数量级。

不过，溶液生长法也存在2个问题：

一是晶体中会残留溶液成分，后期会对GaN器件造成损坏。因此，要实现高质量的GaN单晶，不仅要降低位错缺陷，还必须克服夹杂物的问题。

另一个问题是生长速度慢。研究发现，当氮压力增加到阈值压力以上，以提高LPE-GaN的生长速率时，坩埚中籽晶周边会多晶GaN，多晶生长会把氮消耗掉，从而导致外延层的生长受到抑制，生长速度降低。

而且在传统的Na flux法中，需要数十个小时才能使 GaN生长的氮浓度达到饱和。

东京工业大学表示，FFC-LPE不仅解决了GaN晶体生长时存在的夹杂物问题，将位错缺陷降低到1/100，而且也提高了生长速率，“由于这种方法的工艺非常简单，1小时左右的工艺就可以得到高质量的氮化镓衬底”。

据介绍，FFC-LPE有两个关键：一是将液态Ga-Na膜涂覆在GaN表面，用于合成 GaN 晶体；二是添加少量的II族元素（Ca和 Sr）添加剂。

通过添加Ca和Sr添加剂进行FFC-LPE生长，大大提高了晶种和助熔剂的润湿性，从而实现了单分子阶梯生长模式，能够去除夹杂物。

根据测量结果，FFC-LPE法生长10 µm厚度后，籽晶—GaN之间的位错密度降低到2.5 × 106 cm-2（<籽晶的1/100）。

东京工业大学表示，目前，他们正在生长小尺寸晶体以确认该方法的有效性。未来，他们将采用溅射法生产廉价、大尺寸的高质量氮化镓衬底，还会开发大型晶体生长装置，进行大尺寸结晶的示范实验和实用技术开发。