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技术 | Technology – GaN | Technology – GaN
技术
任意转移 GaN:
从 Nb N 上来释放 GaN 膜层
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DAVID MEYER, BRIAN DOWNEY, D. SCOTT KATZER, MARIO ANCONA,
SHAWN MACK, LAURA RUPPALT, 美国海军研究实验室
其中的主要障碍之一是在于，用于确保电
氮 化镓（GaN）器件正在改变我们的生活， 子材料高质量增长的衬底往往与关键性设计标的
其中 LED 是其领跑者。由于 LED 富有竞
争力的价格，极高的效率和快速响应的能力，已 （例如低热阻和成本）并不兼容。
被广泛地应用于家庭、办公室和公共空间的照明。 为了解决这个问题，目前，我们在美国海
此外，整个 GaN 电子产品的市场也在显著地增长， 军研究实验室（THE U.S. NAVAL RESEARCH
尤其是将 GaN 器件用于高效率的电源开关和射频 LABORATORY, NRL）的小组已经开发出一种制
功率放大器等方面。在这一领域中，GaN 已使得 备器件的通用技术，它能将 III-N 器件从昂贵的
DC-AC 转换器达到 95% 的高转换效率成为可能， SiC 衬底上剥离释放，这一技术将有潜力应用于
来为太阳能光伏和电动 / 混合动力汽车提供电力。 独立的 GaN 和 AlN 器件结构的制作。
GaN 器件应用于雷达系统和通信网络的功率放大 实现这一技术的关键性的要素是 Nb 2 N 薄层
器中，其 RF 输出功率密度是传统 III-V 化合物半 材料的性能，它具有几个重要的属性 ：Nb 2 N 与
导体（例如 GaAs 和 InP）的 10 倍。令人值得关 GaN 具有紧密的晶格匹配性，能与 III-N 生长温
注的是，GaN 的应用几乎覆盖了所有的微波和毫 度相兼容，以及在 GaN、AlN 和 SiC 上都可进行
米波频率范围。 选择性的蚀刻。使用 Nb 2 N 薄膜作为牺牲层，工
尽管 GaN 器件具有一系列的性能优势，但 艺十分简单，在完成前道工艺和良率筛选后，可
我们仍旧不能轻信这种宽带隙技术既能提供当今 利用标准的制造设备实现将 III-N 器件结构层剥
混合信号系统所需的所有微电子功能，又能实现 离并将其转移到任何所需的衬底上。
功耗节约和成本低廉。在硅 CMOS 所具备的技术 这种新技术将能激发出器件的多项潜能，包
先进性以及得到广泛应用的今天，我们又为什么 括通过改进器件的热管理、增加对衬底的循环使
要选择用 GaN 来制造高密度数字逻辑或内存器件 用，进而来降低成本，提高分立器件的性能，还
呢？ 包括通过进行器件级的异构集成，来获得出色的
在电路设计师的理想世界中，最佳解决方案 混合电路性能。
的要义包括要将不同技术 / 材料实现无缝接合，
就像将五彩的乐高积木搭建成为一个完整的结构 Nb N 的研发
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体。然而，这种异构整合的概念还远未得以完全 我们的工作目标集中在 Nb 2 N 的 β 相上，该
实现。 金属同素异形体具有类似于 SiC、GaN 和 AlN 的
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20 化合物半导体 2017年第4期 2017年第4期 www.compoundsemiconductorchina.net.compoundsemiconductorchina.net
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化合物半导体
