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GaN在电子器件的应用

发布时间:2012-11-21

为了满足产品小型化、低功耗的要求,电子元器件也在进行着新一代的变革,用GaN材料制作的电子元器件日益受到各厂家的关注。富士通科技也宣布,将于2013年量产GaN功率器件。

GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点,是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料,并与SIC、金刚石等半导体材料一起,被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好(几乎不被任何酸腐蚀)等性质和强的抗辐照能力,在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。

新型电子器件

GaN材料系列具有低的热产生率和高的击穿电场,是研制高温大功率电子器件和高频微波器件的重要材料。目前,随着 MBE技术在GaN材料应用中的进展和关键薄膜生长技术的突破,成功地生长出了GaN多种异质结构。用GaN材料制备出了金属场效应晶体管(MESFET)、异质结场效应晶体管(HFET)、调制掺杂场效应晶体管(MODFET)等新型器件。调制掺杂的AlGaN/GaN结构具有高的电子迁移率(2000cm2/v•s)、高的饱和速度(1×107cm/s)、较低的介电常数,是制作微波器件的优先材料;GaN较宽的禁带宽度(3.4eV) 及蓝宝石等材料作衬底,散热性能好,有利于器件在大功率条件下工作。

应用前景

对于GaN材料,长期以来由于衬底单晶没有解决,异质外延缺陷密度相当高,但是器件水平已可实用化。1994年日亚化学所制成1200mcd的 LED,1995年又制成Zcd蓝光(450nmLED),绿光12cd(520nmLED);日本1998年制定一个采用宽禁带氮化物材料开发LED的 7年规划,其目标是到2005年研制密封在荧光管内、并能发出白色光的高能量紫外光LED,这种白色LED的功耗仅为白炽灯的1/8,是荧光灯的1/2, 其寿命是传统荧光灯的50倍~100倍。这证明GaN材料的研制工作已取相当成功,并进入了实用化阶段。InGaN系合金的生成,InGaN/AlGaN 双质结LED,InGaN单量子阱LED,InGaN多量子阱LED等相继开发成功。InGaNSQWLED6cd高亮度纯绿茶色、2cd高亮度蓝色 LED已制作出来,今后,与AlGaP、AlGaAs系红色LED组合形成亮亮度全色显示就可实现。这样三原色混成的白色光光源也打开新的应用领域,以高可靠、长寿命LED为特征的时代就会到来。日光灯和电灯泡都将会被LED所替代。LED将成为主导产品,GaN晶体管也将随材料生长和器件工艺的发展而迅猛发展,成为新一代高温度频大功率器件。

GaN器件制造中的主要问题

因为GaN是宽禁带半导体,极性太大,则较难以通过高掺杂来获得较好的金属-半导体的欧姆接触,这是GaN器件制造中的一个难题,故GaN器件性能的好坏往往与欧姆接触的制作结果有关。现在比较好的一种解决办法就是采用异质结,首先让禁带宽度逐渐过渡到较小一些,然后再采用高掺杂来实现欧姆接触,但这种工艺较复杂。总之,欧姆接触是GaN器件制造中需要很好解决的一个主要问题。
 

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