氮化鎵基化合物被認作用于高功率、高性能的光學器件或電子器件的重要材料。具體地講，因為諸如GaN的第III族氮化物具有優異的熱穩定性和直接躍遷能帶結構，所以第III族氮化物作為用于可見光區域和紫外線區域的發光裝置的材料近來引起許多注意。例如，在多種應用中已經利用使用InGaN的藍色發光裝置和綠色發光裝置，例如，大型本色平板顯示裝置、交通燈、室內照明、高密度光源、高分辨率輸出系統和光學通信工具。

然而，因為難以制造能夠在其上生長第III族氮化物半導體層的同質基底，所以已經通過金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）在具有類似晶體結構的異質基底上生長第III族氮化物半導體層。對于異質基底，已經主要使用具有六角形結構的藍寶石基底。具體地講，因為GaN外延層趨向在c面方向生長，所以已經主要使用具有c面生長表面的藍寶石基底。

生長在c面生長表面上的c面氮化鎵基半導體層由于自發極化和壓電極化而產生內電場，這降低了輻射復合率。為了防止這樣的極化現象，正在進行對非極性或半極性氮化鎵基半導體層的研究。

非極性氮化鎵新趨勢

非極性GaN材料尤其是m面GaN材料的制備研究已成為全球的研究熱點。發展大尺寸、低成本和高性能的非極性GaN材料成為未來氮化物發光器件的重要趨勢之一。

m面GaN作為其中最重要的一種非極性面GaN材料，被認為可以消除壓電極化導致的氮化物發光器件輻射復合效率降低和發光波長藍移等問題，在未來的半導體白光照明工程中具有重要應用前景。

氮化鎵新技術突破

大阪大學成功研發了低成本N極性GaN技術，可將性能提升80%。最近，N極性氮化鎵又有新的技術突破——日本住友電工開發了基于GaN單晶N極性HEMT器件

然而，常規制備方法如高壓法、HVPE生長厚膜的m面切割以及LiAlO2上的外延等都存在襯底難于做到使用尺寸、價格過于昂貴、材料本身不穩定等因素的影響，不利于非極性LED、LD等的進一步發展。

GaN晶體廣泛使用的是Ga極性，為了實現更高的輸出和更高的頻率，業界正在開發反向的HEMT結構，來增加器件設計的自由度，并可以抑制漏電流。

Ga極性和N極性的HEMT結構比較

但是，N極性單晶襯底的晶面存在缺陷，因此，在器件設計方面，開發HEMT結構需要解決高質量柵極絕緣膜的挑戰擋層。

關于氮化鎵（GaN）襯底的選擇

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。

2、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。

3、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。

文章整合自日本應用物理學雜志、國知局、第三代半導體風向、粉體圈