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不同衬底对应的氮化镓外延片异质结构有哪些?

不同衬底对应的氮化镓外延片异质结构有哪些?

2026-02-06 10:32

  一、蓝宝石衬底(Al₂O₃)GaN 外延结构(最成熟、LED 主力)

  典型结构(自上而下):

  p‑GaN 层(空穴导电)

  多量子阱 MQW(InGaN/GaN)(发光核心)

  n‑GaN 层(电子导电)

  缓冲层(低温 GaN / AlN / U‑GaN)

  蓝宝石衬底(c‑plane 为主)

  特点:

  成本低、良率高

  主要用于:LED、中小功率光电器件

  异质结构核心:低温缓冲层 + 非故意掺杂 GaN 过渡层 释放应力

  二、SiC 衬底(6H‑SiC / 4H‑SiC)GaN 外延结构(射频、高频功率)

  典型结构:

  势垒层 AlGaN / N⁺ GaN 帽层

  势阱 / 沟道层 i‑GaN

  AlN 成核层 / 超薄 AlGaN 缓冲

  SiC 衬底(高导热、低失配)

  常用器件结构:

  AlGaN/GaN HEMT 异质结(形成 2DEG 二维电子气)

  射频功率器件、5G 基站、雷达核心结构

  特点:

  晶格失配小、导热极好

  缺陷低、适合高压高频

  三、硅衬底(Si <111>)GaN 外延结构(功率器件、快充、车载)

  硅基 GaN 异质结构最复杂,因为晶格 / 热失配最大,必须多层缓冲。

  典型结构(从下往上):

  AlGaN 势垒层

  i‑GaN 沟道层

  多层缓冲结构(关键)

  AlN 成核层

  AlGaN/GaN 超晶格缓冲(SLS)

  渐变 Al 组分缓冲层

  Si (111) 衬底

  主流器件结构:

  AlGaN/GaN HEMT

  p‑GaN 栅极增强型 eMode GaN(常关型,车规 / 快充主流)

  用途:

  快充、服务器电源、光伏逆变器、车载 OBC、DC/DC

  四、其他衬底(少量商用 / 研发)

  1. 氧化镓衬底(Ga₂O₃)

  结构:GaN/Ga₂O₃ 异质外延

  方向:功率器件、紫外探测

  2. 金刚石衬底(超高导热)

  结构:AlN/GaN/ 金刚石

  用于:超高频、超高温、极端功率器件(小批量)

  快速总结(最实用版)

  衬底核心异质结构特点典型器件结构

  蓝宝石低温缓冲层 + InGaN/GaN 多量子阱LED 外延结构

  SiCAlN 成核层 + AlGaN/GaN HEMT 异质结射频 / 功率 HEMT

  Si(111)超晶格缓冲 + 渐变 AlGaN 缓冲 + 2DEG 异质结eMode p‑GaN 栅极 HEMT


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