硅基氮化鎵外延片和藍(lán)寶石外延片有什么區(qū)別？

一、核心基礎(chǔ)：襯底材料特性差異

二、外延生長工藝差異

1. 藍(lán)寶石基 GaN 外延

• 緩沖層設(shè)計簡單：僅需 10-20nm 的低溫 GaN 緩沖層，即可緩解與藍(lán)寶石的晶格 / 熱失配，減少位錯缺陷。

• 生長溫度穩(wěn)定：藍(lán)寶石耐高溫（熔點(diǎn) 2050℃），可采用較高生長溫度（1050-1100℃），促進(jìn) GaN 晶體致密化，外延層質(zhì)量更高（位錯密度可低至 10? cm?2 以下）。

• 無需導(dǎo)電處理：藍(lán)寶石絕緣，外延層生長后直接用于絕緣襯底器件，無需額外絕緣工藝。

2. 硅基 GaN 外延

• 緩沖層設(shè)計復(fù)雜：需采用AlGaN 漸變緩沖層（Al 組分從高到低）或超晶格緩沖層（AlGaN/GaN 交替生長），通過 “階梯式應(yīng)力釋放” 減少硅與 GaN 的巨大失配，否則外延片易開裂。

• 應(yīng)力控制難度高：生長過程中需精確調(diào)控溫度、壓力及氣體流量，避免因熱失配導(dǎo)致的外延層翹曲或開裂（硅片越厚，應(yīng)力控制越難）。

• 兼容硅工藝：可利用現(xiàn)有硅基半導(dǎo)體產(chǎn)線（如光刻、刻蝕），但需解決 GaN 與硅的 “異質(zhì)集成” 兼容性（如界面反應(yīng)、摻雜擴(kuò)散）。

三、關(guān)鍵性能對比

四、應(yīng)用場景差異

1. 藍(lán)寶石基 GaN 外延片：光電器件的 “絕對主力”

• LED 領(lǐng)域：90% 以上的藍(lán)綠光 LED（如照明、顯示背光）采用藍(lán)寶石基 GaN 外延片，晶體完整性直接決定 LED 的內(nèi)量子效率（發(fā)光亮度）。

• 紫外光電器件：深紫外 LED（殺菌、水凈化）、紫外激光器（激光雷達(dá)、光刻），藍(lán)寶石的寬禁帶特性可避免襯底吸收紫外光。

• 其他光電器件：光電探測器、太陽能電池（高效 III-V 族疊層電池的襯底）。

2. 硅基 GaN 外延片：功率電子與射頻器件的 “未來趨勢”

• 功率電子領(lǐng)域：快充電源模塊（如手機(jī) PD 快充）、新能源汽車 OBC（車載充電機(jī)）、逆變器（光伏電站），硅基 GaN 的低導(dǎo)通電阻和高開關(guān)速度可降低能耗 30% 以上。

• 射頻器件領(lǐng)域：5G 基站射頻功放（PA）、衛(wèi)星通信器件，硅基的高集成度可縮小器件體積，降低系統(tǒng)成本。

• 其他領(lǐng)域：毫米波雷達(dá)（自動駕駛）、航空航天高可靠功率模塊。

五、總結(jié)：核心差異與選擇邏輯

延伸：未來發(fā)展方向

• 藍(lán)寶石基：向更大尺寸（8 英寸）、更薄襯底（激光剝離技術(shù)，提升散熱）發(fā)展，鞏固光電器件優(yōu)勢。

• 硅基 GaN：重點(diǎn)突破 “缺陷密度降低” 和 “12 英寸大尺寸外延” 技術(shù)，目標(biāo)替代部分硅基功率器件（如 MOSFET），搶占新能源、5G 等千億級市場。