氮化镓工艺缺点有哪些

随着消费电子产品、电动车、家用电器等产品更新换代，产品的性能也越来越受重视，尤其是在功率设计方面。如何提升电源转换能效，提高功率密度水平，延长电池续航时间，成为了新一代电子产品面临的最大挑战。

在这样的背景下，一种新型的功率半导体——氮化镓（GaN）的出现，那么氮化镓工艺优点和缺点有哪些呢？

氮化镓是氮和镓的化合物，是一种直接能隙的半导体，该化合物结构类似纤锌矿，硬度很高。氮化镓的能隙很宽，为3．4电子伏特，可以用在高功率、高速的光电元件中，如氮化镓可以用在紫光的激光二极管，可以在不使用非线性半导体泵浦固体激光器的条件下，产生紫光激光。

一方面，在理论上由于其能带结构的关系，其中载流子的有效质量较大，输运性质较差，则低电场迁移率低，高频性能差。另一方面，现在用异质外延（以蓝宝石和SiC作为衬底）技术生长出的GaN单晶，还不太令人满意（这有碍于GaN器件的发展），例如位错密度达到了108~1010/cm2（虽然蓝宝石和SiC与GaN的晶体结构相似，但仍然有比较大的晶格失配和热失配）；未掺杂GaN的室温背景载流子（电子）浓度高达1017cm-3（可能与N空位、替位式Si、替位式O等有关），并呈现出n型导电；虽然容易实现n型掺杂（掺Si可得到电子浓度1015~1020/cm3、室温迁移率》300 cm2/ V.s 的n型GaN），但p型掺杂水平太低（主要是掺Mg），所得空穴浓度只有1017~1018/cm3，迁移率《10cm2/V.s，掺杂效率只有0.1%~1%（可能是H的补偿和Mg的自身电离能较高所致）。

虽然GaN相比于Si等材料更节能、更快，具备更好的恢复特性，但是仍然谈不上彻底取代。由于若干原因，GaN并不常用于晶体管中，因为GaN器件通常是耗尽型器件，当栅极 － 源极电压为零时它们会产生导通，这是一个问题。

其次，GaN器件极性太大，难以通过高掺杂来获得较好的金属－半导体的欧姆接触，这是GaN器件制造中的一个难题，现在最好的解决办法就是采用异质结，首先让禁带宽度逐渐过渡到较小一些，然后再采用高掺杂来实现欧姆接触，但这种工艺很复杂。

不过，GaN特别是通过异质结的作用，其有效输运性能并不亚于GaAs，而制作微波功率器件的效果（微波输出功率密度上）还往往要远优于现有的一切半导体材料。

本文整理自百度百科、耐火材料、半导体观察IC