ความยากลำบากในการเตรียม GaN

ในฐานะที่เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์รุ่นที่สาม แกลเลียมไนไตรด์จึงมักถูกนำมาเปรียบเทียบกับซิลิคอนคาร์ไบด์- แกลเลียมไนไตรด์ยังคงแสดงให้เห็นถึงความเหนือกว่าด้วยแถบความถี่ขนาดใหญ่ แรงดันพังทลายสูง ค่าการนำความร้อนสูง ความเร็วดริฟท์ของอิเล็กตรอนอิ่มตัวสูง และความต้านทานรังสีที่รุนแรง แต่ก็ปฏิเสธไม่ได้ว่าแกลเลียมไนไตรด์ก็มีปัญหาทางเทคนิคหลายประการเช่นเดียวกับซิลิคอนคาร์ไบด์

ปัญหาวัสดุพื้นผิว

ระดับการจับคู่ระหว่างวัสดุพิมพ์และตาข่ายฟิล์มส่งผลต่อคุณภาพของฟิล์ม GaN ปัจจุบันซับสเตรตที่ใช้กันมากที่สุดคือแซฟไฟร์ (Al2O3) วัสดุประเภทนี้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีการเตรียมง่าย ราคาต่ำ ทนความร้อนได้ดี และสามารถนำมาใช้ปลูกฟิล์มขนาดใหญ่ได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากค่าคงที่แลตติซและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นจากแกลเลียมไนไตรด์แตกต่างกันอย่างมาก ฟิล์มแกลเลียมไนไตรด์ที่เตรียมไว้อาจมีข้อบกพร่อง เช่น รอยแตกร้าว ในทางกลับกัน เนื่องจากผลึกเดี่ยวของสารตั้งต้นยังไม่ได้รับการแก้ไข ความหนาแน่นของข้อบกพร่องแบบเฮเทอโรเอปิแอกเซียลจึงค่อนข้างสูงและขั้วของแกลเลียมไนไตรด์มีขนาดใหญ่เกินไป จึงเป็นการยากที่จะได้รับการสัมผัสโอห์มมิกของโลหะเซมิคอนดักเตอร์ที่ดีผ่านการเติมสูง ดังนั้น กระบวนการผลิตมีความซับซ้อนมากขึ้น

ปัญหาการเตรียมฟิล์มแกลเลียมไนไตรด์

วิธีการดั้งเดิมหลักในการเตรียมฟิล์มบางของ GaN คือ MOCVD (การสะสมไออินทรีย์ของโลหะ), MBE (เอพิทาซีของลำแสงโมเลกุล) และ HVPE (เอพิแทซีของเฟสไอไฮไดรด์) ในบรรดาวิธีเหล่านั้น วิธี MOCVD ให้ผลผลิตสูงและวงจรการเจริญเติบโตสั้น ซึ่งเหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก แต่ต้องมีการอบอ่อนหลังการเจริญเติบโต และฟิล์มที่ได้อาจมีรอยแตกร้าว ซึ่งจะส่งผลต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ วิธี MBE สามารถใช้ในการเตรียมฟิล์ม GaN จำนวนเล็กน้อยในแต่ละครั้งเท่านั้น และไม่สามารถใช้สำหรับการผลิตขนาดใหญ่ได้ ผลึก GaN ที่สร้างโดยวิธี HVPE มีคุณภาพดีกว่าและเติบโตเร็วกว่าที่อุณหภูมิสูงกว่า แต่ปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูงมีข้อกำหนดค่อนข้างสูงสำหรับอุปกรณ์การผลิต ต้นทุนการผลิต และเทคโนโลยี