氮化鎵工藝缺點有哪些

隨著消費電子產(chǎn)品、電動車、家用電器等產(chǎn)品更新?lián)Q代，產(chǎn)品的性能也越來越受重視，尤其是在功率設計方面。如何提升電源轉換能效，提高功率密度水平，延長電池續(xù)航時間，成為了新一代電子產(chǎn)品面臨的最大挑戰(zhàn)。

在這樣的背景下，一種新型的功率半導體——氮化鎵（GaN）的出現(xiàn)，那么氮化鎵工藝優(yōu)點和缺點有哪些呢？

氮化鎵是氮和鎵的化合物，是一種直接能隙的半導體，該化合物結構類似纖鋅礦，硬度很高。氮化鎵的能隙很寬，為3．4電子伏特，可以用在高功率、高速的光電元件中，如氮化鎵可以用在紫光的激光二極管，可以在不使用非線性半導體泵浦固體激光器的條件下，產(chǎn)生紫光激光。

一方面，在理論上由于其能帶結構的關系，其中載流子的有效質(zhì)量較大，輸運性質(zhì)較差，則低電場遷移率低，高頻性能差。另一方面，現(xiàn)在用異質(zhì)外延（以藍寶石和SiC作為襯底）技術生長出的GaN單晶，還不太令人滿意（這有礙于GaN器件的發(fā)展），例如位錯密度達到了108~1010/cm2（雖然藍寶石和SiC與GaN的晶體結構相似，但仍然有比較大的晶格失配和熱失配）；未摻雜GaN的室溫背景載流子（電子）濃度高達1017cm-3（可能與N空位、替位式Si、替位式O等有關），并呈現(xiàn)出n型導電；雖然容易實現(xiàn)n型摻雜（摻Si可得到電子濃度1015~1020/cm3、室溫遷移率》300 cm2/ V.s 的n型GaN），但p型摻雜水平太低（主要是摻Mg），所得空穴濃度只有1017~1018/cm3，遷移率《10cm2/V.s，摻雜效率只有0.1%~1%（可能是H的補償和Mg的自身電離能較高所致）。

雖然GaN相比于Si等材料更節(jié)能、更快，具備更好的恢復特性，但是仍然談不上徹底取代。由于若干原因，GaN并不常用于晶體管中，因為GaN器件通常是耗盡型器件，當柵極 － 源極電壓為零時它們會產(chǎn)生導通，這是一個問題。

其次，GaN器件極性太大，難以通過高摻雜來獲得較好的金屬－半導體的歐姆接觸，這是GaN器件制造中的一個難題，現(xiàn)在最好的解決辦法就是采用異質(zhì)結，首先讓禁帶寬度逐漸過渡到較小一些，然后再采用高摻雜來實現(xiàn)歐姆接觸，但這種工藝很復雜。

不過，GaN特別是通過異質(zhì)結的作用，其有效輸運性能并不亞于GaAs，而制作微波功率器件的效果（微波輸出功率密度上）還往往要遠優(yōu)于現(xiàn)有的一切半導體材料。

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