粉体圈首页     您好,欢迎来到极速5分快三!
个人注册   企业注册   登录   找回密码   进入供求市场
粉体圈专注为粉碎设备,粉体设备等厂家提供粉体技术,粉体会议等信息及粉体展示和交流平台。 粉体圈专注为粉碎设备,粉体设备等厂家提供粉体技术,粉体会议等信息及粉体展示和交流平台。
当前位置:粉体圈首页>粉体技术>粉体应用技术>正文
氮化镓(GaN)衬底的选择
2020年12月22日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:357
0

在现代生活中毫不夸张地说只要有电器就有半导体的存在与应用因此对于半导体的关注度每年都在加速升温。

在半导体中,氮化镓(GaN)称得上是大有名头,是一种非常坚硬且在机械方面非常稳定的宽带隙半导体材料。由于具有更高的击穿强度、更快的开关,更高的热导率和更低的导通电阻,氮化镓基功率器件明显比硅基器件更优越用于制造半导体功率器件射频元件和发光二极管(LED)

氮化镓

最近GaN充电器有点火哦

不过对于GaN这样的Ⅲ族氮化物来说,其熔点将近 1700℃,因此很难从熔融的液相中生长出来,尽管科学家已经在生长高质量块状GaN单晶和氢化物气相外延GaN做了大量的研究,但由于成本高昂的关系GaN依旧没有可用的的体块单晶,使用GaN同质外延目前是商业化不可行的

目前 GaN 晶体的生长必须要在GaN以外的衬底上进行,主要包括蓝宝石、碳化硅(SiC)和硅(Si)等。

1、蓝宝石

蓝宝石是目前使用最为普遍的一种衬底材料。特点是容易获得、价格适当、易于清洁和处理、在高温下具有很好的稳定性、可以大尺寸稳定生长。其缺点是蓝宝石衬底本身不导电,制作电极、解理较为困难。并且散热性能不好,限制了大功率LED的生产和应用。1986年日本的Amano等人使用AlN为过渡层,通过MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长出高质量的GaN,从而基本解决了GaN外延衬底材料问题。

蓝宝石

2、SiC

除了蓝宝石衬底外,目前用于氮化镓生长衬底就是SiC,它在市场上的占有率位居第二。它有许多突出的优点,如化学稳定性好、导电性能好、导热性能好、不吸收可见光、其晶格常数和材料的热膨胀系数与GaN材料更为接近等,但不足方面也很突出,如价格太高、晶体质量难以达到蓝宝石那么好、机械加工性能比较差。

碳化硅

另外,SiC衬底吸收380 nm以下的紫外光,不适合用来研发380 nm以下的紫外LED。由于SiC衬底优异的的导电性能和导热性能,不需要像蓝宝石衬底上功率型氮化镓LED器件采用倒装焊技术解决散热问题,而是采用上下电极结构,可以比较好的解决功率型氮化镓LED器件的散热问题,故在发展中的半导体照明技术领域占有重要地位。

3、Si

Si衬底具有价格低廉、容易解理、导电性好、导热性好等优点,而且能实现光电子器件和微电子器件的集成因此在硅衬底上制备发光二极管是本领域里梦寐以求的一件事情。但是由于Si是非极性衬底,在Si衬底上生长具有极性的GaN外延层较为困难。同时由Si与GaN晶格失配和热失配引起的GaN外延层的龟裂是目前急需解决的难题。

硅

4、AlN

AlN与GaN属于同一材料体系,晶格失配只为2%,热膨胀系数相近,是GaN之外最为理想的衬底材料,目前已经可以制备一定尺寸的AlN单晶材料,并在其上外延生长了高质量的GaN外延层。

5、氧化物材料

MgO、ZnO、LiAlO2等,氧化物材料与GaN的晶格失配小,其中以ZnO最有前途两者晶体结构相同、晶格失配度非常小,禁带宽度接近能带不连续值小,接触势垒小。但是,ZnO作为GaN外延衬底的致命的弱点是在GaN外延生长的温度和气氛中容易分解和被腐蚀

氧化锌

不过,ZnO本身是一种有潜力的发光材料。 ZnO的禁带宽度为3.37 eV,属直接带隙,和GaN、SiC、金刚石等宽禁带半导体材料相比,它在380 nm附近紫光波段发展潜力最大,是高效紫光发光器件、低阈值紫光半导体激光器的候选材料。

6、GaAs

GaAs材料价格便宜、易于解理、容易获得大的尺寸、可以制作电极,并有可能实现GaN器件与GaAs电路的混合集成,是一类极具发展潜力的衬底材料。

总结

在以上各种材料之中,从可实用化角度看,蓝宝石居首,但因其是绝缘材料,导热能力差,不易于制作大功率LED。日本等厂家采用蓝宝石作为GaN基LED的衬底;而美国Cree公司采用SiC衬底,在器件后期电极制作方面具有较大的优势,其亮度和色纯与蓝宝石并无差异,但价格较蓝宝石昂贵;硅单晶是最有潜力的衬底之一,如果能解决硅衬底上薄膜龟裂问题,外延生长成本和器件加工成本将大幅度下降

粉体圈NANA整理


相关内容:
0
 

点击加入粉体技术交流群粉体技术群
返回页顶