借助石墨烯实现Si(100)衬底上单晶GaN薄膜的外延生长

北京大学物理学院宽禁带半导体研究中心沈波和杨学林课题组与俞大鹏、刘开辉课题组合作，成功实现了Si(100)衬底上单晶GaN薄膜的外延生长，相关工作于2019年7月23日在Advanced Functional Materials上在线刊登 [doi.org/10.1002/adfm.201905056]。 GaN基宽禁带半导体具有带隙大、击穿电场高、饱和电子漂移速度大等优异，能够满足现代电子技术对高温、高频、高功率等性能的要求，对国家的高技术发展和国防建设具有重要意义。由于缺乏天然的GaN单晶衬底，GaN基半导体材料和器件主要在异质衬底上外延生长。因具有大尺寸、低成本及易于集成等优点，Si衬底上外延GaN成为近年来学术界和产业界高度关注的热点领域。 目前用于GaN外延生长的Si衬底主要是Si(111)衬底，其表面原子结构为三重排列，可为六方结构的GaN外延提供六重对称表面。然而，Si(100)衬底是Si集成电路技术的主流衬底，获得Si(100)衬底上GaN外延薄膜对于实现GaN器件和Si器件的集成至关重要。但Si(100)表面原子为四重对称，外延生长时无法有效匹配；同时Si(100)表面存在二聚重构体，导致GaN面内同时存在两种不同取向的晶畴。迄今国际上还未能实现标准Si(100)衬底上单晶GaN薄膜的外延生长。图 Si(100)衬底上单晶GaN薄膜的外延生长 沈波和杨学林课题组创造性地使用单晶石墨烯作为缓冲层，在Si(100)衬底上实现了单晶GaN薄膜的外延生长，并系统研究了石墨烯上GaN外延的成核机理和外延机制。该突破不仅为GaN器件与Si器件的集成奠定了科学基础，而且对当前国际上关注的非晶衬底上氮化物半导体外延生长和GaN基柔性器件研制具有重要的指导价值。

北京大学 2021-04-11

采用氢化物气相外延（HVPE） 技术制备 GaN 衬底

成果简介随着技术发展， 对于大功率白光 LED 而言， 发光效率的提高一直是个瓶颈。针对 GaN 基器件， 由于同质 GaN 衬底价格昂贵， 因此一直没有被普遍应用到 GaN基材料生长领域。 目前一般采用在异质衬底上生长 GaN 基材料， 国内外一般采用蓝宝石衬底、 碳化硅衬底、 硅衬底等等。 这导致 GaN 基材料与异质衬底之间的热膨胀系数、 晶格系数的不匹配， 从而 GaN 基材料中缺陷密度很高， 一般在 105～108/cm2 量级。 高密度的缺陷直接导致光电器件发

安徽工业大学 2021-04-14

大尺寸宽禁带半导体氮化镓单晶衬底产业化技术

在大尺寸宽禁带/半导体单晶衬底外延设备、材料生长等方面做出了突出的工作。2001年始，研制出国内第一台用于氮化镓（GaN）衬底的卤化物气相外延（HVPE）系统，研究发展了获得高质量GaN衬底所需的所有关键技术并拥有自主知识产权，在氮化镓单晶衬底设备和材料技术领域已获授权国家发明专利30余项、申请国家发明专利30余项。在国内最早研制出2英寸毫米级GaN单晶衬底，建成6英寸HVPE系统并实现7片2吋及4-6吋GaN均匀生长；研究出创新性的GaN衬底批量制备技术，即将进行高质量、低成本GaN衬底的产业化应用，为第三代半导体应用奠定了材料基础。

南京大学 2021-05-10

英寸级单晶金刚石衬底及其关键设备的产业化

金刚石半导体集热、电、声、机械等特性于一体，在禁带宽度、击穿场强、迁移率和热导率等方面远高于其他半导体，被称为“终极半导体”。英寸级单晶金刚石衬底及其关键设备的产业化，可以极大地推进我国半导体的革命性变革，实现我国微电子行业的跨越式发展，达到国际先进水平。本项目在国家“千人计划特聘专家”王宏兴的推动下，已经完成了两种微波等离子体CVD设备的设计和制造，利用这些设备已经完成了英寸级单晶金刚石衬底的工程样品，实现了克隆衬底工艺的全线贯通，具有小批量产业化能力。按照日本相关公司的预测，随着金刚石半导体的发展，在2030年，中国的市场规模达到100亿美元。由于金刚石生产中的主要成本是甲烷、氢气和消耗电力的费用，成本较低，经济效益显著。 金刚石半导体特性 关键设备-MPCVD 克隆技术 单晶金刚石衬底

西安交通大学 2021-04-11

GaN 基高压 LED

可以量产/n高压LED是多个LED单元的芯片级串联，互连比多个小功率管芯打线互连更为可靠；且LED单元之间间距很小，光线集中，便于光学设计，可用于高光密度照明，路灯、广场照明和舞台聚光照明等。几个高压LED串联后可直接达到市电电压水平，变压能耗小，驱动设计简单，可用于各种市电照明场合，例如室内照明、园区和工作场所照明等；高压LED能减小驱动电路、光学设计和散热部分的体积，因此 可采用多种灯具形式和适用多种安装场合。

中国科学院大学 2021-01-12

GaN微显示技术

北京工业大学 2021-04-14

氧化镓衬底晶片

氧化镓衬底晶片● 大功率高能半导体器件：电磁轨道炮、舰载电磁弹射系统等● 日盲探测类：大火监测、雷达预警、近地空间通讯器件等● 高功率LED器件：高亮度、超大功率、科研考察探测设备等● 特高压输电、城市轨道及交通功率器件

青岛嘉星晶电科技有限公司 2021-08-30

垂直结构 GaN 基 LED

可以量产/n在垂直结构LED芯片的工艺流程中，其剥离下来的蓝宝石衬底可以回收后重复利用多次，蓝宝石衬底单芯片和2英寸整片剥离成品率大于95%。目前，垂直结构LED发光效率可以达到121.57m/W@350mA随着技术的不段进步，近几年最受人们关注的是固态通用照明领域的高亮度大功率LED应用，然而这种应用却受到蓝宝石异质衬底所带来的一系列技术问题的限制。除去了蓝宝石衬底的垂直结构LED芯片具有优良的光电热方面的性能，能满足固态通用照明对其性能的要求，采用垂直结构LED方案是固态通用照明技术发展的 必然

中国科学院大学 2021-01-12

碳化硅衬底晶片

碳化硅衬底晶片及其功率器件● 衬底晶片应用：高端照明、SiC外延片、GaN外延片、PSS衬底等● 新能源汽车应用：电动汽车电驱系统功率器件、充电桩功率器件等● 军工应用：机载雷达通讯设备功率器件、微波通讯大功率器件等● 超高速集成电路：RFIC（射频集成电路）、SOS 芯片、光通讯芯片、5G 技术等

青岛嘉星晶电科技有限公司 2021-08-30

硅基GaN功率开关器件

宽禁带半导体硅基GaN器件以其高效率，高开关速度高工作温度抗辐时等特点,成为当前国际功率半导体器件与技术学科的研究前沿及热点，也是业界普遍认可的性能卓越的下代功率半导体器件。而S基GaN因其S基特性.能够突破新材料在发展初期的成本牦颈且易与S集成电路产业链匹配，因此兼具高性能与低成本的优点在消费电子(如手机快冲与天线充电).数据中心与人工智能，无人驾驶与新能源汽车、5G通信等团家战略新兴领城具有巨大的应用前景。电子科技大学功率集成技术实验室自2008年起即开展硅基GaN功率器件与集成技术研究,围绕硅基GaN两大核心器件:增强型功率晶体管、功率整流器进行基础研究与应用技术开发。解决了增强型功率晶体管阈值电压大范围调控功率二圾管导通电压调控与耐压可靠性加查等关键技术瓶颈,研究成果为硅基GaN的产业化奠定了重要基础。

电子科技大学 2021-04-10