Les cristaux de nitrure de gallium sont un matériau prometteur pour le développement de dispositifs semi-conducteurs de puissance de nouvelle génération. Le NIMS et le Tokyo Tech ont développé une technique de croissance de cristaux de GaN de haute qualité avec considérablement moins de défauts que ceux cultivés à l'aide des techniques existantes. Contrairement aux techniques conventionnelles dans lesquelles un cristal est développé directement dans une solution, cette technique utilise un substrat recouvert d'un film d'alliage mince qui empêche les inclusions indésirables de la solution d'être piégées dans le cristal en croissance.

Les semi-conducteurs GaN sont capables de résister à des courants électriques plus forts et à des tensions plus élevées que les semi-conducteurs au silicium. Ces avantages ont conduit à une R&D intensive sur le GaN pour une utilisation dans des dispositifs à semi-conducteurs de puissance de nouvelle génération destinés à être utilisés dans des véhicules et à d'autres fins. Cependant, techniques conventionnelles de croissance de monocristaux GaN, dans lequel une matière première gazeuse est pulvérisée sur un substrat, présentent un inconvénient fondamental :ils provoquent la formation de nombreux défauts à l'échelle atomique (y compris des dislocations) dans le cristal. Lorsque des cristaux de GaN avec dislocations sont intégrés dans des dispositifs d'alimentation, le courant de fuite traverse les appareils et les endommage. Pour résoudre ce problème, des efforts intensifs ont été faits pour développer deux techniques alternatives de synthèse cristalline :la méthode ammonothermique et la méthode du flux de sodium. Dans les deux méthodes, un cristal est développé dans une solution contenant des matières premières pour la croissance cristalline. Alors que la méthode du flux de Na s'est avérée efficace pour minimiser la formation de dislocations, un nouveau problème a été identifié :un cristal en croissance incorpore des inclusions (amas des constituants de la solution).

Dans ce projet, les chercheurs ont fait croître un cristal de GaN tout en revêtant successivement le substrat de germe de GaN avec un alliage liquide composé de matières premières pour la croissance cristalline (c'est-à-dire, gallium et sodium), empêchant ainsi les inclusions d'être piégées dans le cristal en croissance. En outre, cette technique s'est avérée efficace pour réduire de manière significative la formation de luxations, résultant en la synthèse de cristaux de haute qualité. Cette technique permet la fabrication d'un substrat GaN de haute qualité grâce à un processus très simple en une heure environ.

La technique qu'ils ont développée peut offrir une nouvelle méthode de production de substrats GaN de haute qualité à utiliser dans les dispositifs à semi-conducteurs de puissance de la prochaine génération. Les chercheurs vérifient actuellement son efficacité en faisant pousser de petits cristaux. Dans les études futures, ils prévoient de le développer en une technique pratique qui permettra la synthèse de cristaux plus gros.