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(yōu)異的熱穩(wěn)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(qū)域和紫外線區(qū)域的發(fā)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(fā)光裝置和綠色發(fā)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(tǒng)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(fā)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(xiàn)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(fā)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(fā)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(fā)光器件輻射復合效率降低和發(fā)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(fā)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(fā)了基于GaN單晶N極性HEMT器件

然而，常規(guī)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(wěn)定等因素的影響，不利于非極性LED、LD等的進一步發(fā)展。

GaN晶體廣泛使用的是Ga極性，為了實現(xiàn)更高的輸出和更高的頻率，業(yè)界正在開發(fā)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(fā)HEMT結構需要解決高質量柵極絕緣膜的挑戰(zhàn)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(yè)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(wěn)定性、可以大尺寸穩(wěn)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(yōu)點，如化學穩(wěn)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(yōu)點，而且能實現(xiàn)光電子器件和微電子器件的集成，因此在硅襯底上制備發(fā)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