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光效率降低、寿命减少。因此采用 GaN衬底，一直是国内外关注的焦点问题。本项目采用 HVPE技术，生长 GaN 衬底材料。该技术特点是生长速度快,晶体质量高。HVPE技术是把 GaN晶体直接生长在具有特定图形的蓝宝石衬底上，当 GaN晶体生长到一定厚度（mm量级），在降温过程，利用 GaN材料与蓝宝石衬底材料的热膨胀系数的差异，使得 GaN 晶体从蓝宝石剥离下来，实现高质量的 GaN衬底。在 GaN衬底上生长 LED可大大提高出光效率，增加寿命。同时在 GaN同质衬底上可实现 GaN基材料的激光器

（LD），广泛应用到高密度数据存储，高分辨率大屏幕显示、投影仪等领域。另外在 GaN衬底上也可实现高性能的电子学器件，例如大功率电开关、FET等。

成熟程度和所需建设条件

本项目先后成功应用于 GaN衬底芯片企业，结果表明 GaN晶体质量高，在随后的 MOCVD生长 LED、LD过程中，大大降低缺陷密度，提高出光效率。HVPE技术需要在超净间中运行，保证恒定的温度、湿度。所需要的是 HVPE设备，以及材料生长过程中的特种气体源、金属 Ga源。需要有晶体材料的切、磨、抛工艺。目前该技术已在高新技术企业实现，并取得很大的经济效益和广泛的社会效益。

技术指标

（1）HVPE 晶体生长速度：10～200μm/h；

（2）GaN 衬底： 300～400μm@2 英寸；

（3）XRD的 002对称衍射峰半宽低于 120arcsec,102衍射峰低于 150arc sec；

（4）晶体内部无裂纹，表面光亮平整，可直接用于 MOCVD的材料生长。

市场分析和应用前景

GaN体系材料应用前景很广阔，市场预测 2020年将大于 350亿美元，因此相应的 GaN衬底需求也相对很大。虽然目前蓝宝石是生长 GaN材料的主要衬底， 但是基于未来的发展，GaN同质衬底是最终的方法和最根本的途径。图一是 2014 年获得诺贝尔物理学奖的中村修二所做的报告，他强调未来 LED的发展必将是以GaN 衬底为基础的器件。

图 1诺贝尔奖获得者对于 GaN 衬底应用的报告

社会经济效益分析

项目实施以来，生长出高质量的 GaN衬底，晶体无裂纹，透明。在随后采用MOCVD技术生长 LED、LD等器件，由于大大降低 GaN基材料内部的缺陷密度，从而提高了出光功率，提高器件寿命。可以说，对于庞大的 LED产业，GaN衬底同样具有非常好的社会和经济效益。

合作方式

合作开发、受托开发、技术转让