El material de tercera generación del semiconductor tiene ventajas materiales del funcionamiento que no se puedan comparar con los materiales del silicio. Según las características del ancho de banda, de la conductividad termal, del campo eléctrico de la avería y de otras características que determinan el funcionamiento del dispositivo, el semiconductor de tercera generación es mejor que el de los materiales del silicio. Por lo tanto, la introducción del semiconductor de tercera generación puede solucionar bien los defectos de los materiales del silicio hoy y mejorar el dispositivo. Caliente la disipación, pérdida de la conducción, temperatura alta, el de alta frecuencia y otras características se conocen como nuevo motor en industrias de la optoelectrónica y de la microelectrónica.
Entre ellos, GaN tiene uso amplio y se considera para ser uno de los materiales más importantes del semiconductor después de silicio. Comparado con los dispositivos de poder silicio-basados ampliamente utilizados actualmente, los dispositivos de poder de GaN tienen fuerza de campo eléctrico crítica más alta, bajan resistencia del abierto-estado, y una frecuencia que cambia más rápida, que puede alcanzar una eficacia y un trabajo más altos de sistema en las temperaturas altas.
Dificultades de la epitaxia homogénea
Los vínculos de la cadena de la industria del semiconductor de GaN son: fabricación material del dispositivo del → del diseño del dispositivo del → de la extensión de GaN del → del substrato. Entre ellos, el substrato es la fundación de la cadena industrial entera.
Como substrato, GaN es naturalmente el material más conveniente del substrato para crecer como película epitaxial de GaN. El crecimiento epitaxial homogéneo puede solucionar fundamental el problema de la unión mal hecha del enrejado y de la unión mal hecha termal encontradas por el uso de los materiales heterogéneos del substrato, minimiza la tensión causada por diferencias en propiedades entre los materiales durante el proceso del crecimiento, y puede crecer una capa epitaxial de alta calidad de GaN que no se pueda comparar con el substrato heterogéneo. Por ejemplo, las hojas epitaxiales del nitruro de alta calidad del galio se pueden crecer con el nitruro del galio como substrato. La densidad interna del defecto se puede reducir al uno-milésima de la hoja epitaxial con el substrato del zafiro, que puede reducir con eficacia la temperatura de empalme del LED y aumentar el brillo por área de unidad en más de 10 veces.
Sin embargo, actualmente, el material del substrato de uso general en los dispositivos de GaN no es un solo cristal de GaN. La razón principal es que es una palabra: ¡Difícil! Comparado con los materiales convencionales del semiconductor, el crecimiento de los monocristales de GaN es lento, y el cristal es difícil de crecer y costoso.
GaN primero fue sintetizado en 1932, cuando el nitruro del galio fue sintetizado de NH3 y del metal puro GA. Desde entonces, aunque haya habido muchos estudios positivos en los materiales monocristalinos del nitruro del galio, porque GaN no se puede derretir en la presión atmosférica, él se descomponga en el GA y el N2 en la temperatura alta, y la presión de la descomposición en su punto de fusión (2300°C) es tan alto como 6GPa. Es difícil que el equipo actual del crecimiento soporte tal alta presión en el punto de fusión de GaN. Por lo tanto, el método tradicional del derretimiento no se puede utilizar para el crecimiento de los monocristales de GaN, epitaxia tan heterogénea se puede seleccionar solamente en otros substratos. Actualmente, los dispositivos GaN-basados se basan principalmente en los substratos heterogéneos (silicio, carburo de silicio, zafiro, etc.), haciendo el desarrollo de los solos substratos cristalinos de GaN y los dispositivos epitaxiales homogéneos se retrasan detrás el uso de dispositivos epitaxiales heterogéneos.
Varios materiales del substrato
Zafiro
El zafiro (α-Al2O3), también conocido como corindón, es el material lo más comercialmente posible usado del substrato del LED, ocupando una parte grande del mercado del substrato del LED. En uso temprano, el substrato del zafiro refleja sus ventajas únicas. La película de GaN crecida es comparable a la densidad de dislocación de la película crecida en sic el substrato, y el zafiro es crecido por tecnología del derretimiento. El proceso es más maduro. Puede obtener un solo cristal más barato, más de gran tamaño y de alta calidad, que es conveniente para el desarrollo industrial. Por lo tanto, es el material más temprano y más ampliamente utilizado del substrato de la industria del LED.
Carburo de silicio
El carburo de silicio es un material del semiconductor del grupo IV-IV, que es actualmente un segundo único material del substrato del zafiro LED en cuota de mercado. Sic tiene una variedad de tipos cristalinos, que se pueden dividir en tres categorías: cúbico (por ejemplo 3C-SiC), hexagonal (por ejemplo 4H-SiC) y diamante (tal como 15R-SiC). La mayoría de los cristales son 3C, 4H y 6H, cuyo 4H y 6H-SiC se utilizan principalmente como substratos de GaN.
El carburo de silicio es muy conveniente para ser un substrato del LED. Sin embargo, debido al crecimiento de alta calidad, el cristal sic solo de gran tamaño es difícil, y sic es una estructura acodada, que es fácil al cleate, y el funcionamiento que trabaja a máquina es pobre. Es fácil introducir defectos del paso en la superficie del substrato, que afecta a la calidad de la capa epitaxial. El precio sic del substrato del mismo tamaño es docenas de veces el del substrato del zafiro, y el precio alto limita su uso en grande.
Silicio monocristalino
El material del silicio es el material más ampliamente utilizado y más maduro del semiconductor actualmente. Debido a la alta madurez de la tecnología monocristalina del crecimiento del material del silicio, es fácil obtener el substrato barato, de gran tamaño (6-12 pulgadas) y de alta calidad, que puede reducir grandemente el coste de LED. Por otra parte, porque el silicio monocristalino ha sido ampliamente utilizado en el campo de la microelectrónica, la integración directa de los microprocesadores y de los circuitos integrados del LED se puede observar usando el substrato de silicio monocristalino, que es conducente a la miniaturización de los dispositivos del LED. Además, comparado con el substrato más ampliamente utilizado del LED, el zafiro, silicio monocristalino tiene algunas ventajas en funcionamiento: la alta conductividad termal, buena conductividad eléctrica, las estructuras verticales se puede preparar, y es más conveniente para la preparación del LED de alta potencia.
Resumen
Estos últimos años, el mercado ha propuesto los requisitos cada vez mayores para el funcionamiento de los dispositivos de GaN, especialmente para los dispositivos de gran intensidad de la densidad (tales como lasers) y los dispositivos electrónicos de alta potencia y alto-voltaje-voltaje-resistentes. Por ejemplo, la densidad de dislocación de lasers de alta potencia duraderos no puede exceder el orden 105cm-2. Debido a los defectos bien conocidos de la epitaxia heterogénea, tales como unión mal hecha del enrejado, alta densidad de dislocación causada por la unión mal hecha del coeficiente de la extensión termal, estructura cristalina de mosaico, tensión biaxial y oblea deformándose, el funcionamiento del dispositivo es perceptiblemente limitado por la calidad de la estructura del substrato. Obviamente, la solución ideal a este problema sigue siendo una brecha en la tecnología de la preparación del nitruro del galio monocristalina.
