寬帶隙的GaN基半導(dǎo)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(yīng)用前景；對環(huán)保，其還是很適合于環(huán)保的材料體系。半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展分類所示的若干主要階段，其每個(gè)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(cái)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(lǐng)域的制高點(diǎn)。“氮化物襯底材料與半導(dǎo)體照明的應(yīng)用前景”文稿介紹了氮化物襯底材料與半導(dǎo)體照明的應(yīng)用前景的部分內(nèi)容。 (%9J(4  
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GaN、AlN、InN及其合金等材，是作為新材料的GaN系材料。對襯底材料進(jìn)行評價(jià)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(shù)的重要目標(biāo)。評價(jià)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(xué)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(yīng)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(quán)的氮化物半導(dǎo)體激光器、大功率高亮度半導(dǎo)體照明用LED，以及高功率微波器件等是很重要的。“氮化物襯底材料的評價(jià)因素及研究與開發(fā)”文稿介紹了氮化物襯底材料的評價(jià)因素及研究與開發(fā)的部分內(nèi)容。 QoMa+QTuc  
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氮化物襯底材料與半導(dǎo)體照明的應(yīng)用前景 shiw;.vR{B  
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GaN是直接帶隙的材料，其光躍遷幾率比間接帶隙的高一個(gè)數(shù)量級。因此，寬帶隙的GaN基半導(dǎo)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(yīng)用前景；對環(huán)保，其還是很適合于環(huán)保的材料體系。 *9`k$'  
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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(shí)現(xiàn)商品化。1998年，GaN基發(fā)光二極管LED市場規(guī)模為 US$5.0億，2000年，市場規(guī)模擴(kuò)大至US$13億。據(jù)權(quán)威專家的預(yù)計(jì)，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(dá)到 50年之久。GaN基LED及其所用的Ａl2O3襯底具有獨(dú)特的優(yōu)異物化性能，并且具有長久耐用性。預(yù)計(jì)，2005年GaN基器件的市場規(guī)模將擴(kuò)大至US $30億，GaN基器件所用的Ａl2O3襯底的市場規(guī)模將擴(kuò)大至US$5億。 |`+ (O  
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半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展分類所示的若干主要階段，其每個(gè)階段均能形成富有特色的產(chǎn)業(yè)鏈： t$lJgj(  
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1）第一階段 V}JBv$+ko  
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第一階段（特種照明時(shí)代，2005年之前），其中有：儀器儀表指示；金色顯示、室內(nèi)外廣告；交通燈、信號燈、標(biāo)致燈、汽車燈；室內(nèi)長明燈、吊頂燈、變色燈、草坪燈；城市景觀美化的建筑輪廓燈、橋梁、高速公路、隧道導(dǎo)引路燈，等等。 X9rao n  
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2）第二階段 #fXy4iL l  
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第二階段（照明時(shí)代，2005~2010年），其中有：CD、DVD、?H-DVD光存儲；激光金色顯示；娛樂、條型碼、打印、圖像記錄；醫(yī)用激光；開拓固定照明新領(lǐng)域，衍生出新的照明產(chǎn)業(yè)，為通用照明應(yīng)用打下基礎(chǔ)，等等。 Ym$`EN  
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3）第三階段 KYq<n& s  
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第三階段（通用照明時(shí)代，2010年之后），包括以上二個(gè)階段的應(yīng)用，并且還全面進(jìn)入通用照明市場，占有30~50%的市場份額。 \@zoM:[sN  
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到達(dá)目前為止（處于第一階段，特種照明時(shí)代），已紛紛將中、低功率藍(lán)色發(fā)光二極管(LED)、綠色LED、白光LED、藍(lán)紫色LED等實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，走向了商業(yè)市場。高功率藍(lán)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(jī)，例如，光存儲、光通訊等。實(shí)現(xiàn)高功率藍(lán)色發(fā)光二極管(LED)、激光二極管(LD)和全波段InN-GaN實(shí)用化，并且達(dá)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(jìn)一步提高外延膜的質(zhì)量。 8[a N5M]  
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另外，就基礎(chǔ)研究和中長期計(jì)劃考慮，科技發(fā)展越來越需要把不同體系的材料結(jié)合到一起，即稱之為異質(zhì)結(jié)材料。應(yīng)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(chǔ)。已提出了多種協(xié)變襯底的制備技術(shù)，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(shù)等。預(yù)計(jì)，在今后的10~20年中，大尺寸的、協(xié)變襯底的制備技術(shù)將獲得突破，并且廣泛應(yīng)用于大失配異質(zhì)結(jié)材料生長及其相聯(lián)系的光電子器件制造。 @[Wf!8_  
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世界各國現(xiàn)在又投入了大量的人力、財(cái)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(lǐng)域的制高點(diǎn)。 rY$wC%  
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氮化物襯底材料的評價(jià)因素及研究與開發(fā) 1\
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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(jìn)行評價(jià)，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(shù)的重要目標(biāo)。 6}*4co  
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一、評價(jià)襯底材料綜合考慮因素 dE3M   
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評價(jià)襯底材料要綜合考慮以下的幾個(gè)因素： 8mO_dQ
 
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（1）襯底與外延膜的晶格匹配 aLwEz}-   
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襯底材料和外延膜晶格匹配很重要。晶格匹配包含二個(gè)內(nèi)容： IcNZUZGE  
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□外延生長面內(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； q^L"@Q5;  
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□沿襯底表面法線方向上的匹配。 khQfLA  
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2）襯底與外延膜的熱膨脹系數(shù)匹配 A^4#6],%v  
{9~3y2:  
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。 hzh3p[  
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3）襯底與外延膜的化學(xué)穩(wěn)定性匹配 &0+Ba[Z ^  
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襯底材料需要有相當(dāng)好的化學(xué)穩(wěn)定性，不能因?yàn)榕c外延膜的化學(xué)反應(yīng)使外延膜質(zhì)量下降。 T6\d]  
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4）材料制備的難易程度及成本的高低 i\* b<V  
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考慮到產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需要，襯底材料的制備要求簡潔，而且其成本不宜很高。 hl,x|.f}4Y  

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二、InN的外延襯底材料的研究與開發(fā) eXkpU7w;  
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InN的外延襯底材料就現(xiàn)在來講有廣泛應(yīng)用的，其中有：InN；α－Al2O3(0001)；6H-SiC；MgAl2O4(111)；LiAlO2和LiGaO2；MgO；Si?；GaAs(111)等。 #6#%y~N
 
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Ⅲ-Ⅴ族化合物，例如，GaN、AlN、InN，這些材料都有二種結(jié)晶形式：一種是立方晶系的閃鋅礦結(jié)構(gòu)，而另一種是六方晶系的纖鋅礦結(jié)構(gòu)。以藍(lán)光輻射為中心形成研究熱點(diǎn)的是纖鋅礦結(jié)構(gòu)的氮化鎵、氮化鋁、氮化銦，而且主要是氮化鎵、氮化鋁、氮化銦的固溶體。這些材料的禁帶是直接躍遷型，因而有很高的量子效率。用氮化鎵、氮化鋁、氮化銦這三種材料按不同組份和比例生成的固溶體，其禁帶寬度可在2.2eV到6.2eV之間變化。這樣，用這些固溶體制造發(fā)光器件，是光電集成材料和器件發(fā)展的方向。 )1<GSr9  
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（1）InN和GaN k~JTQh*,w  
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因?yàn)楫愘|(zhì)外延氮化物薄膜通常帶來大量的缺陷，缺陷損害了器件的性能。與GaN一樣，如果能在InN上進(jìn)行同質(zhì)外延生長，可以大大減少缺陷，那么器件的性能就有巨大的飛躍。 /5Yl, P  
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