面向氮化鎵光電器件應用的氮化鎵單晶襯底制備技術研發進展

以氮化鎵（GaN）為代表的一系列具有纖鋅礦結構的氮化物半導體是直接帶隙半導體材料，其組成的二元混晶或三元混晶在室溫下禁帶寬度從0.7 eV到6.28 eV連續可調，是制備藍綠光波段光電器件的優選材料。基于氮化鎵異質外延制備的HEMT器件和LED器件已廣泛應用于3C消費電子、照明和顯示面板等領域。

氮化鎵單晶襯底材料制備工藝復雜，成本偏高，晶圓尺寸偏小，基于氮化鎵單晶襯底的氮化鎵垂直功率器件經過多年發展已在商業推廣階段，而基于氮化鎵同質外延的氮化鎵藍綠光激光器也在近兩年開始逐漸國產化。

近日，“2023功率與光電半導體器件設計及集成應用論壇”于西安召開。論壇由第三代半導體產業技術創新戰略聯盟（CASA）指導，西安交通大學、極智半導體產業網（www.casmita.com）、第三代半導體產業主辦，西安電子科技大學、中國科學院半導體研究所、第三代半導體產業技術創新戰略聯盟人才發展委員會、全國半導體應用產教融合（東莞）職業教育集團聯合組織、西安和其光電股份有限公司等單位協辦。

期間，“平行論壇2：光電子器件及應用”上，東莞市中鎵半導體科技有限公司研發處處長劉強帶來了“面向氮化鎵同質外延功率/光電器件應用的氮化鎵單晶襯底制備技術研發進展”的主題報告。

報告分享了中鎵半導體針對氮化鎵同質外延的功率器件和光電器件的應用需求開展的針對低錯密度和大尺寸氮化鎵單晶襯底的研發工作成果，并期望助力下游應用客戶一同開展新型氮化鎵同質外延光功率/光電器件的研發。研究顯示，300K相同載流子濃度時，GaN遷移率更高，因此體電阻率更小。

GaN和SiC晶體熱導率受摻雜濃度、位錯密度等因素影響，300K相同施主摻雜濃度時，SiC熱導率比GaN熱導率高約35%。GaN-on-GaN JFET器件易實現常關型器件，采用JTE技術并有雪崩能力可靠性高，單片襯底出芯數高成本低，無動態電阻問題，且同質外延無應力匹配問題可隨GaN單晶襯底擴徑而迅速擴徑。

GaN-on-GaN藍綠光激光器市場相對成熟，新式應用不斷涌現，市場仍在增長；國外廠商高度壟斷，國產替代進行中。