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