氮化镓外延为何不生长在氮化镓衬底上？一个字：难！
第三代半导体材料拥有硅材料无法比拟的材料性能优势，从决定器件性能的
2023-08-16第三代半导体材料拥有硅材料无法比拟的材料性能优势，从决定器件性能的禁带宽度、热导率、击穿电场等特性来看，第三代半导体均比硅材料优秀，因此，第3代半导体的引入可以很好地解决现如今硅材料的不足，改善器件的散热、导通损耗、高温、高频等特性，被誉为光电子和微电子等产业新的发动机。
GaN半导体产业链各环节为：衬底→GaN材料外延→器件设计→器件制造。其中，衬底是整个产业链的基础。
1.蓝宝石
(资料图)
蓝宝石(α-Al2O3)又称刚玉，是商业应用最为广泛的LED衬底材料，占据着LED衬底市场的绝大份额。在早期使用中蓝宝石衬底就体现了其独特的优势，所生长的GaN薄膜与SiC衬底上生长的薄膜位错密度相当，且蓝宝石使用熔体法技术生长，工艺更成熟，可获得较低成本、较大尺寸、高质量的单晶，适合产业化发展，因此是LED行业应用最早也是最为广泛的衬底材料。
2.碳化硅
碳化硅属于IV-IV族半导体材料，是目前市场占有率仅次于蓝宝石的LED衬底材料。SiC具有多种晶型，可分为三大类：立方型(如3C-SiC)、六角型(如4H-SiC)和菱形(如15R-SiC)，绝大部分晶体为3C，4H和6H三种晶型，其中4H，6H-SiC主要用作GaN衬底。
碳化硅非常适合作为LED衬底材料。然而，由于生长高质量、大尺寸SiC单晶难度较大，且SiC为层状结构易于解理，加工性能较差，容易在衬底表面引入台阶状缺陷，影响外延层质量。同尺寸的SiC衬底价格为蓝宝石衬底的几十倍，高昂的价格限制了其大规模应用。
3.单晶硅
硅材料是目前应用最广泛、制备技术最成熟的半导体材料。由于单晶硅材料生长技术成熟度高，容易获得低成本、大尺寸(6—12英寸)、高质量的衬底，可以大大降低LED的造价。并且，由于硅单晶已经大规模应用于微电子领域，使用单晶硅衬底可以实现LED芯片与集成电路的直接集成，有利于LED器件的小型化发展。此外，与目前应用最广泛的LED衬底—–蓝宝石相比，单晶硅在性能上还有一些优势：热导率高、导电性好，可制备垂直结构，更适合大功率LED制备。
[3]任国强等.氮化镓单晶生长研究进展
来源：半导体前沿
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