GaN_第三代半导体的曙光_张冀

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1、GaN第主代半导体的曙光—一一一,、“;。、在半导体产业的发展中一般将isG称为第l代电子材料而将GaA、、、一玩PaGPnIsAIAsA及其合金等称为第2代电子材料;宽禁带(E>g去3砂V),,·靡愚盯嗜旧匣眨滋履隘崛半导体材料近年来发展十分迅速成为第3代电子材料主要包括SIC。,GaN电子漂移饱和zn.se金刚石和等宽禁带半导体材料具有禁带宽度大速度高,介电常数小,导热性能好等特点,非常适合于制作抗辐射、高频、大一哪疑:拼俄骂撰究和开发的童点碑管iSC为间接带隙材料蓝色LE环的羚发光亮度根件碑ǐ、31一ǎ广梁春中工国程院士信息产业部第研所à冀张一究淤翰黔

2、钾锣{赘谬黯一·、n型本底aNG材料奸彰孵有合适的单晶衬底材料位错密度太大浓度太高和无法实现掺杂等向题的困扰谭被认为是一种没有希望的卿。材料月而发展十分缓慢,,进人90年代之后随着材料生长和器件工艺水平的不断发展和完善,aGN基器件的发展十分迅速自前已经成为宽带隙半导体材料中一颗十分。耀眼的新星、。,。首先是在蓝绿光发光器件领域取得重大突破1989年iNhic公司每知万拼产业坛论拼祥拼醉污乐哥宙仃己山!伍、知鼠叮访、Aqy7n0d4a3A光学公司在1998年初推出了世界上第1个商品化的GaN基uvAP,,探测器系列同传统的is探测器相比GaN探测器在可见光范

3、围内的工作要ncearandsr..31dAvadMeti贻I日tyrAP2000No5aG--第三代半导体的曙光,。有效得多而且可以在300℃的高温环境中工作、,随着蓝Ds目前开发GaN器件的焦点更多的集中在实现蓝光LDs的商品化绿光LE实现商品化,,上目前世界各大公司和研究机构都投人巨资加入到GaN蓝光LsD的开发中力争在最迟到200年。、产业论ùLD`一、实现蓝光商品化、GaN的基本性质几,、.、、、。AIN、nN3eaGannan111族氮化物主要包括I(Eg2

4、外光谱范围在通常条件下它们以六方对称性的纤锌矿结构存在暇)燃嚣戳器止摆烹笠默蒸:在`温下不溶于``o性`蜚黔妙卿“…卿吻一氰默,。,呼在aGN材料体系中aG的使用最为广泛这是因为aGlNn为直接带隙材料通过改孪如组lNn,,摹分可以调整发光波长发光范围基本可以覆盖整个可见光光谱;另外aGlNn的电子迁移率较高于适。,;。GalnNGoNN困合制作高频电子器件但是在组分较大时同或IA的晶格失配较大;材料生长痴难。-一认、a二GN材料的制备…愁器汾钾丢、a1异质外延GN衬底材料的选择燕鑫熟艘披麟舞冀。因素23(z)蓝宝石(A1o)。,是目前使用最为普遍的一种衬底

5、材料它具有与纤锌矿m族氮化物相同的六方对称性也是微32新材料产业200年第5期一总第10期aGN甲.-第三代半导体的曙光,,,,电子研究中非常重要和经常使用的一种衬底材料其制备工艺成熟价格较低易于清洗和处理而且在,。,,高温下具有很好的稳定性可以大尺寸稳定生产但是蓝宝石衬底本身不导电不能制作电极其解理,,。a较为困难晶格常数与GN相差15%而且同GaN材料的热膨胀系数存在较大的差异目前以蓝宝石an、。s为衬底的GN/GalN蓝绿光LEsD已经实现商品化而蓝光DL也已经实现室温条件下的连续波工作。·(2)SIC。,,,SIC是另一类非常重要的衬底材料同蓝宝石相

6、比SIC本身即具有蓝光发光特性且为低阻材料,a,。可以制作电极其晶格常数和材料的热膨胀系数与GN材料更为接近并且易于解理但是isC材料价,,格昂贵除少数几家公司将其用于GaN蓝光的研究开发中以外其在蓝丫绿光LED领域的市sDLaNG。,es场尚待开发目前Cer公司正努力降低以其ZisniC为衬底的GaN蓝光LED的价格采用其最新的导,,电缓冲层(codnucitvebLlfer)技术使注人电流垂直流过发光层不仅降低了GaN蓝光LED。的生产成,。e“本而且可以使亮度提高50%最近iSmen公司已经决定采用Cer的技术生产销售aGNS/ic蓝光。DsLE器件(

7、3)GaN。。是最为理想的衬底材料但目前所能获得的单晶尺寸太小(4)IANa,,,a其与GN属于同一材料体系晶格失配只有2%热膨胀系数相近是GN之外的最为理想的衬底,,。材料目前已经可以制备一定尺寸的IAN单晶材料并在其上外延生长了高质量的aGN外延层s()氧化物材料、,,,如MgonZo等氧化物材料与aGN的晶格失配小有些还能制备低阻材料其中以nZo最有前-。途(6)其它材料s,,,,iS和GaA的价格便宜易于解理容易获得大尺寸材料可以制作电极并有可能实现aGN器件与is和Ga。,。A电路的混合集成是一类极具发展潜力的衬底材料、2aGN外延材料的生长、。目

8、前可以采用MovPEMBE和HvPE等外延技术实现G