第3代半导体材料企业发展状况初探

正第3代半导体材料是以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)金刚石为代表的宽禁带半导体材料。相比第1、2代半导体,第3代半导体材料禁带宽度较宽(禁带宽度2.2eV),导热率更高、击穿电场更高、抗辐射能力更强、电子饱和速率更大,基于它们制作的电子器件适合应用于高温、高频、抗辐射及大功率场合。目前SiC和GaN材料的生长与应用技术已经比较成熟,AlN和金刚石材料的研究还处于刚起步的阶段。     

第3代半导体材料GaN基微波功率器件研究和应用进展

<正>微波功率器件是指工作频段在300M～300GHz这个微波波段内的电子器件,主要用以实现微波功率的发射和放大、控制和接收等功能,是现代相控阵雷达、移动通讯基站等的核心部件。目前微波功率器件的主流产品主要基于第1代半导体材料硅(Si)、锗(Ge)和第2代半导体材料砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)。20世纪90年代,基于第3代宽禁带半导体材料氮化镓(GaN)的高频、大功率微波器件     

GaN薄膜的研究进展

由于GaN薄膜有希望应用在紫外或蓝光发光器件、探测器以及高速场效应晶体管、高温电子器件,GaN材料是当前研究的一个焦点。本文简要介绍了GaN薄膜的制备、衬底选择、掺杂、缓冲层、发光机制和表征等方面的最新进展。指出GaN材料进一步发展需要解决的关键技术问题。     

等离子体增强原子层沉积AlN外延单晶GaN研究

氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料,具有较大的禁带宽度,较高的击穿电场强度、电子迁移率、热导系数以及直接带隙等优异特性,被广泛应用于电子器件和光电子器件中。由于与衬底的失配问题,早期工艺制备GaN材料难以获得高质量单晶GaN薄膜。直到采用两步生长法,即先在衬底上低温生长氮化铝(AlN)成核层,再高温生长GaN,才极大地提高了GaN材料的质量。目前用于制备AlN成核层的方法有磁控溅射以及分子束外延等,为了进一步提高GaN晶体质量,本研究提出在两英寸c面蓝宝石衬底上使用等离子体增强原子层沉积(Plasma-enhanced AtomicLayerDeposition,PEALD)方法制备AlN成核层来外延GaN。相比于磁控溅射方法,PEALD方法制备AlN的晶体质量更好;相比于分子束外延方法, PEALD方法的工艺简单、成本低且产量大。沉积AlN的表征结果表明,AlN沉积速率为0.1 nm/cycle,并且AlN薄膜具有随其厚度变化而变化的岛状形貌。外延GaN表征结果表明,当沉积厚度为20.8 nm的AlN时, GaN外延层的表面最平整,均方根粗糙度为0.272 nm,同时具有最好的光学...     

新型GaN与ZnO衬底ScAlMgO4晶体的研究进展

二十一世纪以来,以氮化镓(GaN)和氧化锌(ZnO)为代表的第三代宽禁带(E_g>2.3 eV)半导体材料正成为半导体产业发展的核心支撑材料。由于GaN与ZnO单晶生长难度较大,成本较高,常采用外延技术在衬底材料上生长薄膜,因此寻找理想的衬底材料成为发展的关键。相比于传统的蓝宝石、6H-SiC、GaAs等衬底材料,铝镁酸钪(ScAlMgO₄)晶体作为一种新型自剥离衬底材料,因其与GaN、ZnO具有较小的晶格失配(失配率分别为～1.4%和～0.09%)以及合适的热膨胀系数而备受关注。本文从ScAlMgO₄晶体的结构出发,详细介绍了其独特的三角双锥配位体结构与自然超晶格结构,这是其热学性质与电学性质的结构基础。此外,ScAlMgO₄晶体沿着c轴的层状结构使其具有自剥离特性,大大降低了生产成本,在制备自支撑GaN薄膜方面具有良好的市场应用前景。然而ScAlMgO₄原料合成难度较大,晶体生长方法单一,主要为提拉法,且与日本存在较大的差距,亟需开发新的高质量、大尺寸ScAlMgO     

蓝宝石衬底的斜切角对GaN薄膜特性的影响

利用金属有机物化学气相沉积技术在具有斜切角度的蓝宝石衬底(0～0.3°)上生长了非故意掺杂GaN薄膜,并采用显微镜、X射线双晶衍射、光荧光及霍尔技术对外延薄膜的表面形貌、晶体质量、光学及电学特性进行了分析.结果表明,采用具有斜切角度的衬底,可以有效改善GaN外延薄膜的表面形貌、降低位错密度、提高GaN的晶体质量及其光电特性,并且存在一个衬底最优斜切角度0.2°,此时外延生长出的GaN薄膜的表面形貌和晶体质量最好.     

新型紫外光源研制成功

以GaN为代表的第三代半导体材料,是制造短波长高功率发光器件和高温大功率电子器件的具有代表性的半导体材料。到目前为止,国际上高功率蓝色发光二极管(LED)、绿色LED、白光LED、蓝紫色LED及激光器等已实现了批量生产,走向了商业市场。 GaN半导体材料与器件的研究已历时30多年。前20年进展缓慢,未能研制出实用化的器件。近十年来,在日本获得了突     

第三代半导体或将引发又一次照明革命

事件：继硅（si）引导的第一代半导体和砷化镓（GaAs）引导的第二代半导体后，以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石、氮化铝（AlN）为代表的第三代半导体材料闪亮登场并已逐步发展壮大。与第一、二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度，高的击穿电场、高的热导率、高的电子饱和速率和更高的抗辐射能力，因而更适合制作高温、高频、抗辐射及大功率器件。此外，第三代半导体材料由于具有发光效率高、频率高等特点，因而在一些蓝、绿、紫光的发光二极管、半导体激光器等方面有着广泛的应用。从目前第三代半导体材料和器件的研究来看，较为成熟的是碳化硅SiC和GaN半导体材料，而Zn0、金刚石和A1N等宽禁带半导体材料的研究尚属起步阶段。     

HVPE生长基座结构优化

GaN氢化物气相外延(HVPE)生长过程中,衬底表面的温度分布对其生长质量有着重要影响。我们采用计算机模拟,研究了GaN生长过程中所使用的不同结构石墨基座上的温度分布。根据所得不同结构下基座上的温度分布,选择衬底上温度分布最均匀的结构与普通实验使用的基座结构进行实验对比。结果发现,在实际的大流量载气的GaN生长中,采用优化的圆弧凹面结构石墨基座实验组的GaN晶体外延层的生长速率、生长质量和均匀性等比普通方法生长的更好。本文得到的不同HVPE生长环境下的基座结构优化设计方案,为HVPE炉体的设计和氮化物生长具有很好的指导意义。     

氮化镓材料专利计量分析及启示

<正>氮化镓(Gallium Nitride,Ga N)基半导体材料是继硅和砷化镓基材料后的新一代半导体材料,被称为第3代半导体材料。氮化镓材料由于具有禁带宽度大、击穿电场高、介电常数小、电子饱和漂移速度高、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等独特的特性,在光电子器件和高温、高频大功率电子等微电子器件领域有广阔的应用前景[1.2]。氮化镓材料的应用首先是在发光器件领域取得重大突破的。1991年,日     

宽禁带半导体氧化镓晶体和器件研究进展

β-Ga2O3作为新型宽禁带半导体材料,近年来受到了人们的广泛关注。β-Ga2O3禁带宽度可达4. 7 e V,相比于第三代半导体SiC和Ga N,具有禁带宽度更大、击穿场强更高、Baliga品质因子更大、吸收截止边更短、生长成本更低的优点,有望成为高压、大功率、低损耗功率器件和深紫外光电子器件的优选材料。此外,β-Ga2O3单晶可以通过熔体法生长,材料制备成本相对较低,有利于大规模应用。重点介绍了β-Ga2O3单晶的生长及工艺优化,然后对晶体加工、性能表征、光电探测及功率器件应用等方面进行了讨论,并展望了β-Ga2O3晶体未来的发展方向。     

GaN基材料及其在短波光电器件领域的应用

GaN具有禁带宽度大，热导纺高，电子饱和漂移速度大，临界击穿电压高和介电常数小等特点，在高亮度发光二极管，短波长激光二极管，高性能紫外探测器和高温、高频、大功率半导体器件等领域有着广泛的应用前景，本文介绍了GaN基半导体材料的各种特性，材料生长以及在光电器件领域的应用，并对存在的问题和今后的发展趋势提出了自己的看法。     

一种垂直递变流速氢化物气相外延(HVPE)反应腔流场分析及大尺寸材料生长

以氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体材料,是我国重要战略发展方向之一,而氢化物气相外延(HVPE)作为一种重要材料生长技术,是有效制备单晶材料的工艺手段,本文提出了一种分层次递变流速下HVPE流场与温度场,在垂直腔结构条件下,模拟从腔体中间区域到边缘区域不同流速层次条件下,腔内材料生长区域反应前驱物分布,得出结论:在...     

氮化铝晶体生长技术的研究进展

氮化铝(AlN)是一种重要的宽带隙(6.2eV)半导体材料,在高温、高频、大功率电子器件、光电子器件、激光器件等半导体器件中有着良好的应用前景。物理气相传输法(PVT)是制备AlN体单晶最有效的途径之一,目前,美国Crystal IS公司、俄罗斯N-Crystals公司在该领域处于领先地位,可以制备出直径为2inch(5.08cm)的体单晶。为了获得大尺寸、高质量的AlN晶体,需要不断寻找合适的籽晶材料。从最早的SiC籽晶,发展到近年来的AlN籽晶、SiC/AlN复合籽晶,加上不断改进的PVT工艺条件,少数研究机构已经可以获得直径跨度大、缺陷密度低的AlN晶体。近两年,高品质的AlN晶体也已成功应用于紫外LED的研制。     

流通Na有助于生长大的GaN晶体

宽带电子学器件具有效率高、温度和电流处理能力强等优点，非常适合于多种应用。例如，混合动力轿车和火车中将直流输出变换为交流信号以驱动马达，无线信号放大基站等。理想的器件应在同一材料衬底上制造以消除外延层中的应变，但大尺寸的GaN晶体很难制备，且晶体中位错密度很高。为此，日本大阪大学开发出一种溶液生长法生长GaN晶体，     

第3代半导体材料在光电器件方面的发展和应用

<正>一、第3代半导体材料概述第3代半导体材料是继第1代半导体材料和第2代半导体材料之后,近20年刚刚发展起来的新型宽禁带半导体材料。第3代半导体材料以氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)和氮化铝(AlN)等宽禁带化合物半导体为代表,其具有高击穿电场、高热导率、高电子饱和速率及高抗辐射能力等特点,因而更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件,在光电子领     

GaN基材料生长及其在光电器件领域的应用

GaN具有禁带宽度大、热导率高、电子饱和漂移速度大和介电常数小等特点，在高亮度发光二极管、短波长激光二极管、高性能紫外探测器的高温、高频、大功率半导体器件等领域有着广泛的应用前景。介绍了GaN基半导体材料的制备方法，异质结构以及在光电子和微电子器件领域的应用，并讨论了今后的发展趋势。     

介电/半导体功能集成薄膜的制备和特性调控

介电/半导体功能集成薄膜,主要是指将具有电、磁、声、光、热等功能特性的介电功能材料(主要是氧化物类介电功能材料)与硅、砷化镓或氮化镓等典型半导体类功能材料,以单层薄膜或多层薄膜的形式生长(甚至外延生长)在一起而形成的人工新材料,这类新材料有可能具有多功能一体化和功能特性之间的相互调制及耦合等特点,可望在新型电子和光电子器件中获得应用.介绍了介电/半导体功能集成薄膜产生的背景;从集成铁电薄膜与器件、HK/半导体集成薄膜与器件以及极性氧化物/GaN功能集成薄膜与器件等3个方面,分别介绍了介电/半导体功能集成薄膜的应用;概括介绍了介电/半导体功能集成薄膜的制备方法及特性调控.     

硅衬底GaN基LED研究进展

由于硅具有价格低、热导率高、大直径单晶生长技术成熟等优势以及在光电集成方面的应用潜力,GaN/Si基器件成为一个研究热点.然而,GaN与Si之间的热失配容易引起薄膜开裂,这是限制LED及其它电子器件结构生长的一个关键问题.近年来,随着工艺的发展,GaN晶体质量得到大幅度的提高.同时不少研究小组成功地在Si衬底上制造出LED.介绍了GaN薄膜开裂问题及近期硅衬底GaN基LED的研究进展.     

高质量半绝缘GaN的制备

GaN作为宽禁带半导体材料之一，因其良好的热稳定性、较高的击穿电压，在高功率高频率电子器件方面有较大发展前途。通常非掺杂GaN因Ga空位和残余氧表现为n型。掺入某些金属元素（如铁）作为深能级受主，利用补偿作用可改善GaN电学性质。