JST annuncia il successo dello sviluppo di un dispositivo di crescita GaN bulk di alta qualità basato sul metodo THVPE, un argomento di sviluppo del Programma di trasferimento tecnologico recentemente esteso (NexTEP). Lo sviluppo verso l'applicabilità commerciale è stato effettuato dalla Divisione Innovazione e Ricerca e Sviluppo di Taiyo Nippon Sanso da agosto 2013 a marzo 2019, basato sulla ricerca del professor Akinori Koukitsu dell'Università di agricoltura e tecnologia di Tokyo. Il team di ricerca ha sviluppato un dispositivo per la produzione di cristalli GaN che raggiunge l'alta velocità, alta qualità, e continua crescita.

Il cristallo di nitruro di gallio (GaN) è un semiconduttore ampiamente utilizzato come diodo blu a emissione di luce, ma è anche adatto per l'uso come materiale per dispositivi di alimentazione in apparecchiature per il funzionamento di interruttori ad alta velocità e alta tensione, applicazioni ad alta corrente. Il cristallo di GaN è di gran lunga superiore al cristallo di silicio, il materiale corrente principale.

La maggior parte dei substrati di cristallo di GaN utilizzati nei dispositivi elettronici è prodotta utilizzando il metodo Hydride Vapor Phase Epitaxy (HVPE). È difficile produrre cristalli di GaN spessi utilizzando il metodo HVPE a causa delle distorsioni nel cristallo, e i cristalli di GaN sono cresciuti su un substrato eterogeneo di cristalli di semi, e ripetutamente staccati con uno spessore inferiore a 1 mm per l'uso. Per questa ragione, la produzione commercialmente pratica di cristalli di GaN non è stata finora possibile sulla base del costo e della qualità dei cristalli, in particolare alla luce del pre e post lavoro richiesto nel processo, come pulire il forno.

Taiyo Nippon Sanso ha avanzato il metodo HVPE per sviluppare un sistema di produzione di cristalli GaN che raggiunga alta velocità, alta qualità, crescita continua attraverso il metodo Tri-halide Vapor Phase Epitaxy (THVPE) utilizzando un sistema di reazione tricloruro di gallio-ammoniaca. Il metodo THVPE riesce a formare cristalli di alta qualità ad un tasso di crescita ad alta velocità tre volte più veloce degli attuali metodi convenzionali, con solo un quinto dell'attuale tasso di difetti di dislocazione.

Il nuovo metodo THVPE offre anche molti vantaggi in termini di costi rispetto alle tecniche attuali, come non deteriorare il tubo di vetro al quarzo come il reattore, prevenire la riduzione dell'area di crescita dei cristalli, e riducendo la presenza di policristalli non necessari.

Se la tecnica THVPE può essere ulteriormente sviluppata per ottenere la produzione di spessi cristalli di GaN, consentirà la produzione di massa di substrati cristallini di GaN attraverso lo slicing. La nuova tecnica è molto promettente per ottenere una svolta nello sviluppo di prodotti a basso costo, dispositivi GaN ad alte prestazioni.