氮化物衬底材料的研究与开发

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1、氮化物衬底材料的研究与开发宽带隙的GaN基半导体在短波长发光二极管、激光器和紫外探测器，以及高温微电子器件方面显示出广阔的应用前景；对环保，其还是很适合于环保的材料体系。半导体照明产业发展分类所示的若干主要阶段，其每个阶段均能形成富有特色的产业链。世界各国现在又投入了大量的人力、财力和物力，以期望取得GaN基高功率器件的突破，并且居于此领域的制高点。“氮化物衬底材料与半导体照明的应用前景”文稿介绍了氮化物衬底材料与半导体照明的应用前景的部分内容。GaN、AlN、InN及其合金等材，是作为新材料的GaN系材料。对衬底材料

2、进行评价要就衬底材料综合考虑其因素，寻找到更加合适的衬底是发展GaN基技术的重要目标。评价衬底材料要综合考虑衬底与外延膜的晶格匹配、衬底与外延膜的热膨胀系数匹配、衬底与外延膜的化学稳定性匹配、材料制备的难易程度及成本的高低的因素。InN的外延衬底材料就现在来讲有广泛应用的。自支撑同质外延衬底的研制对发展自主知识产权的氮化物半导体激光器、大功率高亮度半导体照明用LED，以及高功率微波器件等是很重要的。“氮化物衬底材料的评价因素及研究与开发”文稿介绍了氮化物衬底材料的评价因素及研究与开发的部分内容。氮化物衬底材料与半导体照

3、明的应用前景GaN是直接带隙的材料，其光跃迁几率比间接带隙的高一个数量级。因此，宽带隙的GaN基半导体在短波长发光二极管、激光器和紫外探测器，以及高温微电子器件方面显示出广阔的应用前景；对环保，其还是很适合于环保的材料体系。1994年，日本的Nicha公司在GaN/Ａl2O3上取得突破，1995年，GaN器件第一次实现商品化。1998年，GaN基发光二极管LED市场规模为US$亿，XX年，市场规模扩大至US$13亿。据权威专家的预计，GaN基LED及其所用的Ａl2O3衬底在国际市场上的市场成长期将达到50年之久。GaN

4、基LED及其所用的Ａl2O3衬底具有独特的优异物化性能，并且具有长久耐用性。预计，XX年GaN基器件的市场规模将扩大至US$30亿，GaN基器件所用的Ａl2O3衬底的市场规模将扩大至US$5亿。半导体照明产业发展分类所示的若干主要阶段，其每个阶段均能形成富有特色的产业链：第一阶段第一阶段，其中有：仪器仪表指示；金色显示、室内外广告；交通灯、信号灯、标致灯、汽车灯；室内长明灯、吊顶灯、变色灯、草坪灯；城市景观美化的建筑轮廓灯、桥梁、高速公路、隧道导引路灯，等等。第二阶段第二阶段，其中有：CD、DVD、H-DVD光存储；激

5、光金色显示；娱乐、条型码、打印、图像记录；医用激光；开拓固定照明新领域，衍生出新的照明产业，为通用照明应用打下基础，等等。第三阶段第三阶段，包括以上二个阶段的应用，并且还全面进入通用照明市场，占有30~50%的市场份额。到达目前为止，已纷纷将中、低功率蓝色发光二极管(LED)、绿色LED、白光LED、蓝紫色LED等实现了量产，走向了商业市场。高功率蓝色发光二极管(LED)、激光二极管(LD)和全波段InN-GaN等，将会引发新的、　　更加大的商机，例如，光存储、光通讯等。实现高功率蓝色发光二极管(LED)、激光二极管(

6、LD)和全波段InN-GaN实用化，并且达到其商品化，这需要合适的衬底材料。因此，GaN材料及器件发展，需要寻找到与GaN匹配的衬底材料，进一步提高外延膜的质量。另外，就基础研究和中长期计划考虑，科技发展越来越需要把不同体系的材料结合到一起，即称之为异质结材料。应用协变衬底可以将晶格和热失配的缺陷局限在衬底上，并且为开辟新的材料体系打下基础。已提出了多种协变衬底的制备技术，例如，自支撑衬底、键合和扭曲键合、重位晶格过渡层，以及SOI和VTE衬底技术等。预计，在今后的10~20年中，大尺寸的、协变衬底的制备技术将获得突破

7、，并且广泛应用于大失配异质结材料生长及其相联系的光电子器件制造。世界各国现在又投入了大量的人力、财力和物力，并且以期望取得GaN基高功率器件的突破，居于此领域的制高点。氮化物衬底材料的评价因素及研究与开发GaN、AlN、InN及其合金等材料，是作为新材料的GaN系材料。对衬底材料进行评价，要就衬底材料综合考虑其因素，寻找到更加合适的衬底是作为发展GaN基技术的重要目标。一、评价衬底材料综合考虑因素评价衬底材料要综合考虑以下的几个因素：衬底与外延膜的晶格匹配衬底材料和外延膜晶格匹配很重要。晶格匹配包含二个内容：·外延生长

8、面内的晶格匹配，即在生长界面所在平面的某一方向上衬底与外延膜的匹配；·沿衬底表面法线方向上的匹配。衬底与外延膜的热膨胀系数匹配热膨胀系数的匹配也很重要，外延膜与衬底材料在热膨胀系数上相差过大不仅可能使外延膜质量下降，还会在器件工作过程中，由于发热而造成器件的损坏。衬底与外延膜的化学稳定性匹配衬底材料需要有相当好的化学稳定性，不能因