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，可用于制造半导体功率器件、射频元件和发光二极管（LED）等。

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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。

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。

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。

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

如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。

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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公司则采用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，那外延生长成本和器件加工成本将大幅度下降

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