Khó khăn trong việc chuẩn bị GaN

Là vật liệu bán dẫn thế hệ thứ ba, Gallium Nitride thường được so sánh vớiCacbua silic. Gallium Nitride vẫn thể hiện tính ưu việt của mình với dải cấm lớn, điện áp đánh thủng cao, độ dẫn nhiệt cao, tốc độ trôi electron bão hòa cao và khả năng chống bức xạ mạnh. Nhưng không thể phủ nhận rằng, giống như Silicon Carbide, Gallium Nitride cũng gặp phải nhiều khó khăn về mặt kỹ thuật.

Vấn đề về vật liệu nền

Mức độ phù hợp giữa chất nền và mạng màng ảnh hưởng đến chất lượng của màng GaN. Hiện nay, chất nền được sử dụng phổ biến nhất là sapphire (Al2O3). Loại vật liệu này được sử dụng rộng rãi vì chế tạo đơn giản, giá thành rẻ, ổn định nhiệt tốt, có thể dùng để trồng màng có kích thước lớn. Tuy nhiên, do có sự khác biệt lớn về hằng số mạng và hệ số giãn nở tuyến tính so với Gallium Nitride, màng Gallium Nitride đã chuẩn bị có thể có các khuyết tật như vết nứt. Mặt khác, do tinh thể đơn chất nền chưa được giải quyết nên mật độ khuyết tật dị thể khá cao và độ phân cực của Gallium Nitride quá lớn nên khó có được tiếp xúc ohmic bán dẫn kim loại tốt thông qua pha tạp cao, vì vậy quá trình sản xuất phức tạp hơn.

Vấn đề chuẩn bị màng Gallium Nitride

Các phương pháp truyền thống chính để điều chế màng mỏng GaN là MOCVD (lắng đọng hơi hữu cơ kim loại), MBE (epitaxy chùm phân tử) và HVPE (epitax pha hơi hydrua). Trong số đó, phương pháp MOCVD có sản lượng lớn và chu kỳ tăng trưởng ngắn, phù hợp cho sản xuất hàng loạt, nhưng cần phải ủ sau khi tăng trưởng và màng tạo thành có thể có vết nứt, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm; phương pháp MBE chỉ có thể được sử dụng để chuẩn bị một lượng nhỏ màng GaN mỗi lần và không thể sử dụng để sản xuất quy mô lớn; Tinh thể GaN được tạo ra bằng phương pháp HVPE có chất lượng tốt hơn và phát triển nhanh hơn ở nhiệt độ cao hơn, tuy nhiên phản ứng ở nhiệt độ cao có yêu cầu tương đối cao về thiết bị sản xuất, giá thành và công nghệ sản xuất.