I cristalli di nitruro di gallio sono un materiale promettente per lo sviluppo di dispositivi a semiconduttore di potenza di prossima generazione. NIMS e la Tokyo Tech hanno sviluppato una tecnica per coltivare cristalli di GaN di alta qualità con un numero notevolmente inferiore di difetti rispetto a quelli coltivati ​​utilizzando le tecniche esistenti. A differenza delle tecniche convenzionali in cui un cristallo viene coltivato direttamente in una soluzione, questa tecnica utilizza un substrato rivestito con un film di lega sottile che impedisce alle inclusioni indesiderate della soluzione di essere intrappolate all'interno del cristallo in crescita.

I semiconduttori GaN sono in grado di sopportare correnti elettriche più forti e tensioni più elevate rispetto ai semiconduttori al silicio. Questi vantaggi hanno portato a un'intensa attività di ricerca e sviluppo sul GaN da utilizzare nei dispositivi a semiconduttore di potenza di prossima generazione da utilizzare nei veicoli e per altri scopi. Però, tecniche convenzionali di crescita del singolo cristallo di GaN, in cui una materia prima gassosa viene spruzzata su un substrato, hanno uno svantaggio fondamentale:causano la formazione di molti difetti su scala atomica (comprese le dislocazioni) nel cristallo. Quando i cristalli di GaN con dislocazioni sono integrati in dispositivi di potenza, la corrente di dispersione attraversa i dispositivi e li danneggia. Per affrontare questo problema, sono stati compiuti sforzi intensi per sviluppare due tecniche alternative di sintesi dei cristalli:il metodo ammonotermico e il metodo del flusso di sodio. In entrambi i metodi, un cristallo viene coltivato in una soluzione contenente materie prime per la crescita dei cristalli. Mentre il metodo del flusso di Na si è dimostrato efficace nel ridurre al minimo la formazione di dislocazioni, è stato identificato un nuovo problema:un cristallo in crescita incorpora inclusioni (grumi dei costituenti della soluzione).

In questo progetto, i ricercatori hanno coltivato un cristallo di GaN rivestendo successivamente il substrato di semi di GaN con una lega liquida composta da materie prime per la crescita dei cristalli (cioè, gallio e sodio), impedendo così che le inclusioni vengano intrappolate all'interno del cristallo in crescita. Inoltre, questa tecnica si è rivelata efficace nel ridurre significativamente la formazione di dislocazioni, con conseguente sintesi di cristalli di alta qualità. Questa tecnica consente la fabbricazione di un substrato di GaN di alta qualità attraverso un processo molto semplice entro circa un'ora.

La tecnica sviluppata potrebbe offrire un nuovo metodo per produrre substrati GaN di alta qualità da utilizzare nei dispositivi a semiconduttore di potenza di prossima generazione. I ricercatori stanno attualmente verificando la sua efficacia coltivando piccoli cristalli. Negli studi futuri, hanno in programma di svilupparlo in una tecnica pratica che consentirà la sintesi di cristalli più grandi.