第三代半導(dǎo)體材料擁有硅材料無法比擬的材料性能優(yōu)勢，從決定器件性能的禁帶寬度、熱導(dǎo)率、擊穿電場等特性來看，第三代半導(dǎo)體均比硅材料優(yōu)秀，因此，第3代半導(dǎo)體的引入可以很好地解決現(xiàn)如今硅材料的不足，改善器件的散熱、導(dǎo)通損耗、高溫、高頻等特性，被譽(yù)為光電子和微電子等產(chǎn)業(yè)新的發(fā)動機(jī)。

GaN半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)為：襯底→GaN材料外延→器件設(shè)計(jì)→器件制造。其中，襯底是整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)。

1.藍(lán)寶石

(資料圖片僅供參考)

藍(lán)寶石(α-Al2O3)又稱剛玉，是商業(yè)應(yīng)用最為廣泛的LED襯底材料，占據(jù)著LED襯底市場的絕大份額。在早期使用中藍(lán)寶石襯底就體現(xiàn)了其獨(dú)特的優(yōu)勢，所生長的GaN薄膜與SiC襯底上生長的薄膜位錯密度相當(dāng)，且藍(lán)寶石使用熔體法技術(shù)生長，工藝更成熟，可獲得較低成本、較大尺寸、高質(zhì)量的單晶，適合產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，因此是LED行業(yè)應(yīng)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(dǎo)體材料，是目前市場占有率僅次于藍(lán)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(zhì)量、大尺寸SiC單晶難度較大，且SiC為層狀結(jié)構(gòu)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(zhì)量。同尺寸的SiC襯底價(jià)格為藍(lán)寶石襯底的幾十倍，高昂的價(jià)格限制了其大規(guī)模應(yīng)用。

3.單晶硅

硅材料是目前應(yīng)用最廣泛、制備技術(shù)最成熟的半導(dǎo)體材料。由于單晶硅材料生長技術(shù)成熟度高，容易獲得低成本、大尺寸(6—12英寸)、高質(zhì)量的襯底，可以大大降低LED的造價(jià)。并且，由于硅單晶已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用于微電子領(lǐng)域，使用單晶硅襯底可以實(shí)現(xiàn)LED芯片與集成電路的直接集成，有利于LED器件的小型化發(fā)展。此外，與目前應(yīng)用最廣泛的LED襯底—–藍(lán)寶石相比，單晶硅在性能上還有一些優(yōu)勢：熱導(dǎo)率高、導(dǎo)電性好，可制備垂直結(jié)構(gòu)，更適合大功率LED制備。

[3]任國強(qiáng)等.氮化鎵單晶生長研究進(jìn)展

來源：半導(dǎo)體前沿

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