氮化鎵外延為何不生長在氮化鎵襯底上？一個字：難！
時間：2023-08-21 09:22:23
第三代半導體材料擁有硅材料無法比擬的材料性能優勢，從決定器件性能的禁帶寬度、熱導率、擊穿電場等特性來看，第三代半導體均比硅材料優秀，因此，第3代半導體的引入可以很好地解決現如今硅材料的不足，改善器件的散熱、導通損耗、高溫、高頻等特性，被譽為光電子和微電子等產業新的發動機。
GaN半導體產業鏈各環節為：襯底→GaN材料外延→器件設計→器件制造。其中，襯底是整個產業鏈的基礎。
1.藍寶石
(相關資料圖)
藍寶石(α-Al2O3)又稱剛玉，是商業應用最為廣泛的LED襯底材料，占據著LED襯底市場的絕大份額。在早期使用中藍寶石襯底就體現了其獨特的優勢，所生長的GaN薄膜與SiC襯底上生長的薄膜位錯密度相當，且藍寶石使用熔體法技術生長，工藝更成熟，可獲得較低成本、較大尺寸、高質量的單晶，適合產業化發展，因此是LED行業應用最早也是最為廣泛的襯底材料。
2.碳化硅
碳化硅屬于IV-IV族半導體材料，是目前市場占有率僅次于藍寶石的LED襯底材料。SiC具有多種晶型，可分為三大類：立方型(如3C-SiC)、六角型(如4H-SiC)和菱形(如15R-SiC)，絕大部分晶體為3C，4H和6H三種晶型，其中4H，6H-SiC主要用作GaN襯底。
碳化硅非常適合作為LED襯底材料。然而，由于生長高質量、大尺寸SiC單晶難度較大，且SiC為層狀結構易于解理，加工性能較差，容易在襯底表面引入臺階狀缺陷，影響外延層質量。同尺寸的SiC襯底價格為藍寶石襯底的幾十倍，高昂的價格限制了其大規模應用。
3.單晶硅
硅材料是目前應用最廣泛、制備技術最成熟的半導體材料。由于單晶硅材料生長技術成熟度高，容易獲得低成本、大尺寸(6—12英寸)、高質量的襯底，可以大大降低LED的造價。并且，由于硅單晶已經大規模應用于微電子領域，使用單晶硅襯底可以實現LED芯片與集成電路的直接集成，有利于LED器件的小型化發展。此外，與目前應用最廣泛的LED襯底—–藍寶石相比，單晶硅在性能上還有一些優勢：熱導率高、導電性好，可制備垂直結構，更適合大功率LED制備。
[3]任國強等.氮化鎵單晶生長研究進展
來源：半導體前沿
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