氮化物襯底材料的研究與開發(fā)

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1、氮化物襯底材料的研究與開發(fā)寬帶隙的GaN基半導體在短波長發(fā)光二極管、激光器和紫外探測器，以及高溫微電子器件方面顯示出廣闊的應用前景；對環(huán)保，其還是很適合于環(huán)保的材料體系。半導體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展分類所示的若干主要階段，其每個階段均能形成富有特色的產(chǎn)業(yè)鏈。世界各國現(xiàn)在又投入了大量的人力、財力和物力，以期望取得GaN基高功率器件的突破，并且居于此領域的制高點?！暗镆r底材料與半導體照明的應用前景”文稿介紹了氮化物襯底材料與半導體照明的應用前景的部分內(nèi)容。GaN、AlN、InN及其合金等材，是作為新材料的GaN系材料。對襯底材料

2、進行評價要就襯底材料綜合考慮其因素，尋找到更加合適的襯底是發(fā)展GaN基技術的重要目標。評價襯底材料要綜合考慮襯底與外延膜的晶格匹配、襯底與外延膜的熱膨脹系數(shù)匹配、襯底與外延膜的化學穩(wěn)定性匹配、材料制備的難易程度及成本的高低的因素。InN的外延襯底材料就現(xiàn)在來講有廣泛應用的。自支撐同質(zhì)外延襯底的研制對發(fā)展自主知識產(chǎn)權的氮化物半導體激光器、大功率高亮度半導體照明用LED，以及高功率微波器件等是很重要的?！暗镆r底材料的評價因素及研究與開發(fā)”文稿介紹了氮化物襯底材料的評價因素及研究與開發(fā)的部分內(nèi)容。氮化物襯底材料與半導體照

3、明的應用前景GaN是直接帶隙的材料，其光躍遷幾率比間接帶隙的高一個數(shù)量級。因此，寬帶隙的GaN基半導體在短波長發(fā)光二極管、激光器和紫外探測器，以及高溫微電子器件方面顯示出廣闊的應用前景；對環(huán)保，其還是很適合于環(huán)保的材料體系。1994年，日本的Nicha公司在GaN/Ａl2O3上取得突破，1995年，GaN器件第一次實現(xiàn)商品化。1998年，GaN基發(fā)光二極管LED市場規(guī)模為US$億，XX年，市場規(guī)模擴大至US$13億。據(jù)權威專家的預計，GaN基LED及其所用的Ａl2O3襯底在國際市場上的市場成長期將達到50年之久。GaN

4、基LED及其所用的Ａl2O3襯底具有獨特的優(yōu)異物化性能，并且具有長久耐用性。預計，XX年GaN基器件的市場規(guī)模將擴大至US$30億，GaN基器件所用的Ａl2O3襯底的市場規(guī)模將擴大至US$5億。半導體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展分類所示的若干主要階段，其每個階段均能形成富有特色的產(chǎn)業(yè)鏈：第一階段第一階段，其中有：儀器儀表指示；金色顯示、室內(nèi)外廣告；交通燈、信號燈、標致燈、汽車燈；室內(nèi)長明燈、吊頂燈、變色燈、草坪燈；城市景觀美化的建筑輪廓燈、橋梁、高速公路、隧道導引路燈，等等。第二階段第二階段，其中有：CD、DVD、H-DVD光存儲；激

5、光金色顯示；娛樂、條型碼、打印、圖像記錄；醫(yī)用激光；開拓固定照明新領域，衍生出新的照明產(chǎn)業(yè)，為通用照明應用打下基礎，等等。第三階段第三階段，包括以上二個階段的應用，并且還全面進入通用照明市場，占有30~50%的市場份額。到達目前為止，已紛紛將中、低功率藍色發(fā)光二極管(LED)、綠色LED、白光LED、藍紫色LED等實現(xiàn)了量產(chǎn)，走向了商業(yè)市場。高功率藍色發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)和全波段InN-GaN等，將會引發(fā)新的、　　更加大的商機，例如，光存儲、光通訊等。實現(xiàn)高功率藍色發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(

6、LD)和全波段InN-GaN實用化，并且達到其商品化，這需要合適的襯底材料。因此，GaN材料及器件發(fā)展，需要尋找到與GaN匹配的襯底材料，進一步提高外延膜的質(zhì)量。另外，就基礎研究和中長期計劃考慮，科技發(fā)展越來越需要把不同體系的材料結合到一起，即稱之為異質(zhì)結材料。應用協(xié)變襯底可以將晶格和熱失配的缺陷局限在襯底上，并且為開辟新的材料體系打下基礎。已提出了多種協(xié)變襯底的制備技術，例如，自支撐襯底、鍵合和扭曲鍵合、重位晶格過渡層，以及SOI和VTE襯底技術等。預計，在今后的10~20年中，大尺寸的、協(xié)變襯底的制備技術將獲得突破

7、，并且廣泛應用于大失配異質(zhì)結材料生長及其相聯(lián)系的光電子器件制造。世界各國現(xiàn)在又投入了大量的人力、財力和物力，并且以期望取得GaN基高功率器件的突破，居于此領域的制高點。氮化物襯底材料的評價因素及研究與開發(fā)GaN、AlN、InN及其合金等材料，是作為新材料的GaN系材料。對襯底材料進行評價，要就襯底材料綜合考慮其因素，尋找到更加合適的襯底是作為發(fā)展GaN基技術的重要目標。一、評價襯底材料綜合考慮因素評價襯底材料要綜合考慮以下的幾個因素：襯底與外延膜的晶格匹配襯底材料和外延膜晶格匹配很重要。晶格匹配包含二個內(nèi)容：·外延生長

8、面內(nèi)的晶格匹配，即在生長界面所在平面的某一方向上襯底與外延膜的匹配；·沿襯底表面法線方向上的匹配。襯底與外延膜的熱膨脹系數(shù)匹配熱膨脹系數(shù)的匹配也很重要，外延膜與襯底材料在熱膨脹系數(shù)上相差過大不僅可能使外延膜質(zhì)量下降，還會在器件工作過程中，由于發(fā)熱而造成器件的損壞。襯底與外延膜的化學穩(wěn)定性匹配襯底材料需要有相當好的化學穩(wěn)定性，不能因