在現代生活中，毫不夸張地說，只要有電器，就有半導體的存在與應用，因此對于半導體的關注度每年都在加速升溫。

在半導體中，氮化鎵（GaN）稱得上是大有名頭，是一種非常堅硬且在機械方面非常穩定的寬帶隙半導體材料。由于具有更高的擊穿強度、更快的開關，更高的熱導率和更低的導通電阻，氮化鎵基功率器件明顯比硅基器件更優越，可用于制造半導體功率器件、射頻元件和發光二極管（LED）等。

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不過對于GaN這樣的Ⅲ族氮化物來說，其熔點將近 1700℃，因此很難從熔融的液相中生長出來，盡管科學家已經在生長高質量塊狀GaN單晶和氫化物氣相外延GaN做了大量的研究，但由于成本高昂的關系，GaN依舊沒有可用的的體塊單晶，使用GaN同質外延目前是商業化不可行的。

目前 GaN 晶體的生長必須要在GaN以外的襯底上進行，主要包括藍寶石、碳化硅（SiC）和硅（Si）等。

1、藍寶石

藍寶石是目前使用最為普遍的一種襯底材料。特點是容易獲得、價格適當、易于清潔和處理、在高溫下具有很好的穩定性、可以大尺寸穩定生長。其缺點是藍寶石襯底本身不導電，制作電極、解理較為困難。并且散熱性能不好，限制了大功率LED的生產和應用。1986年日本的Amano等人使用AlN為過渡層，通過MOCVD技術在藍寶石襯底上生長出高質量的GaN，從而基本解決了GaN外延襯底材料問題。

2、SiC

除了藍寶石襯底外，目前用于氮化鎵生長襯底就是SiC，它在市場上的占有率位居第二。它有許多突出的優點，如化學穩定性好、導電性能好、導熱性能好、不吸收可見光、其晶格常數和材料的熱膨脹系數與GaN材料更為接近等，但不足方面也很突出，如價格太高、晶體質量難以達到藍寶石那么好、機械加工性能比較差。

另外，SiC襯底吸收380 nm以下的紫外光，不適合用來研發380 nm以下的紫外LED。由于SiC襯底優異的的導電性能和導熱性能，不需要像藍寶石襯底上功率型氮化鎵LED器件采用倒裝焊技術解決散熱問題，而是采用上下電極結構，可以比較好的解決功率型氮化鎵LED器件的散熱問題，故在發展中的半導體照明技術領域占有重要地位。

3、Si

Si襯底具有價格低廉、容易解理、導電性好、導熱性好等優點，而且能實現光電子器件和微電子器件的集成，因此在硅襯底上制備發光二極管是本領域里夢寐以求的一件事情。但是由于Si是非極性襯底，在Si襯底上生長具有極性的GaN外延層較為困難。同時由Si與GaN晶格失配和熱失配引起的GaN外延層的龜裂是目前急需解決的難題。

4、AlN

AlN與GaN屬于同一材料體系，晶格失配只為2%，熱膨脹系數相近，是GaN之外最為理想的襯底材料，目前已經可以制備一定尺寸的AlN單晶材料，并在其上外延生長了高質量的GaN外延層。

5、氧化物材料

如MgO、ZnO、LiAlO₂等，氧化物材料與GaN的晶格失配小，其中以ZnO最有前途，兩者晶體結構相同、晶格失配度非常小，禁帶寬度接近（能帶不連續值小，接觸勢壘小）。但是，ZnO作為GaN外延襯底的致命的弱點是在GaN外延生長的溫度和氣氛中容易分解和被腐蝕。

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不過，ZnO本身是一種有潛力的發光材料。 ZnO的禁帶寬度為3.37 eV，屬直接帶隙，和GaN、SiC、金剛石等寬禁帶半導體材料相比，它在380 nm附近紫光波段發展潛力最大，是高效紫光發光器件、低閾值紫光半導體激光器的候選材料。

6、GaAs

GaAs材料價格便宜、易于解理、容易獲得大的尺寸、可以制作電極，并有可能實現GaN器件與GaAs電路的混合集成，是一類極具發展潛力的襯底材料。

總結

在以上各種材料之中，從可實用化角度看，藍寶石居首，但因其是絕緣材料，導熱能力差，不易于制作大功率LED。日本等廠家采用藍寶石作為GaN基LED的襯底；而美國Cree公司則采用SiC襯底，在器件后期電極制作方面具有較大的優勢，其亮度和色純與藍寶石并無差異，但價格較藍寶石昂貴；硅單晶是最有潛力的襯底之一，如果能解決硅襯底上薄膜龜裂問題，那外延生長成本和器件加工成本將大幅度下降

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