Los cristales de nitruro de galio son un material prometedor para el desarrollo de dispositivos semiconductores de potencia de próxima generación. NIMS y Tokyo Tech desarrollaron una técnica para cultivar cristales de GaN de alta calidad con considerablemente menos defectos que los cultivados con las técnicas existentes. A diferencia de las técnicas convencionales en las que un cristal se cultiva directamente en una solución, esta técnica utiliza un sustrato recubierto con una película de aleación delgada que evita que las inclusiones indeseables de la solución queden atrapadas dentro del cristal en crecimiento.

Los semiconductores de GaN pueden soportar corrientes eléctricas más fuertes y voltajes más altos que los semiconductores de silicio. Estas ventajas han llevado a una intensa I + D sobre GaN para su uso en dispositivos semiconductores de potencia de próxima generación para su uso en vehículos y otros fines. Sin embargo, técnicas convencionales de crecimiento de cristales simples de GaN, en el que se rocía una materia prima gaseosa sobre un sustrato, tienen un inconveniente fundamental:provocan la formación de muchos defectos de escala atómica (incluidas dislocaciones) en el cristal. Cuando los cristales de GaN con dislocaciones se integran en dispositivos de potencia, la corriente de fuga atraviesa los dispositivos y los daña. Para abordar este asunto, Se han realizado intensos esfuerzos para desarrollar dos técnicas alternativas de síntesis de cristales:el método ammonotermal y el método del flujo de sodio. En ambos métodos, un cristal se cultiva en una solución que contiene materias primas para el crecimiento de cristales. Si bien el método del flujo de Na ha demostrado ser eficaz para minimizar la formación de dislocaciones, Se ha identificado un nuevo problema:un cristal en crecimiento incorpora inclusiones (grupos de los componentes de la solución).

En este proyecto, los investigadores cultivaron un cristal de GaN mientras recubrían sucesivamente el sustrato de la semilla de GaN con una aleación líquida compuesta de materias primas para el crecimiento de cristales (es decir, galio y sodio), evitando así que las inclusiones queden atrapadas dentro del cristal en crecimiento. Además, Se encontró que esta técnica es efectiva para reducir significativamente la formación de dislocaciones, resultando en la síntesis de cristales de alta calidad. Esta técnica permite la fabricación de un sustrato de GaN de alta calidad mediante un proceso muy simple en aproximadamente una hora.

La técnica que desarrollaron puede ofrecer un nuevo método para producir sustratos de GaN de alta calidad para su uso en dispositivos semiconductores de potencia de próxima generación. Actualmente, los investigadores están verificando su eficacia mediante el cultivo de pequeños cristales. En estudios futuros, planean desarrollarlo en una técnica práctica que permitirá la síntesis de cristales más grandes.