磊晶技术有望解决

GaN-on-Si 基板破裂

问题

近年来氮化镓（

GaN）系列化合物半导体材料已被证实极具潜力应用于液

晶显示器（

LCD）之背光模组、光学储存系统、高频与大功率之微波电子元件等

商 业 用 途 。 然 而 ， 目 前 商 品 化 的 氮 化 镓 系 半 导 体 光 电 元 件 均 以 蓝 宝 石
（

Sapphire）与碳化矽（SiC）基板为主，且重大基本专利掌握在日本、美国和德

国厂商手中。有鉴于专利与材料种种问题，开发矽基氮化镓（

GaN-on-Si）磊晶

技术遂能摆脱关键原料、技术受制于美日的困境。

　　以矽半导体成长氮化镓磊晶薄膜不仅有低成本、大面积与高导电（热）基板
等等的优势，更可进一步与高度成熟的矽半导体产业结合成光电积体电路
（

IC），配合晶粒制程技术包括蚀刻、黄光、金属电极镀膜、研磨及切割，在不同

元件领域以横向分工、垂直整合的不同策略进行开发，以加强国内在关键光电元
组件自主研发、产销之能力。

　　由于目前氮化物材料系统并没有低价商品化的

GaN 或氮化铝（AlN）单晶

块材做为基板，所以氮化物材料必须成长在蓝宝石、碳化矽、矽等异质基板材料
上。

　　以

GaN-on-Si 为例，由于氮化镓材料与矽基板间的晶格常数并不匹配，加

上热膨胀系数的差异，若将氮化镓薄膜材料直接生长在矽基板上，薄膜会因与
基板间的晶格常数差异过大而导致薄膜内的缺陷密度非常高，进而降低元件效
率，所以通常在两者之间须搭配一层缓冲层材料。氮化铝薄膜材料由于具有宽能
隙、高热稳定性及高散热性，同时与

GaN 薄膜的晶格可做应力互补，所以极适

合做为

GaN-on-Si 的缓冲层材料。

　　在

GaN-on-Si 磊晶技术研发中，重点开发项目包括高品质的氮化铝缓冲层

薄膜材料与氮化铝镓（

AlGaN）/氮化镓超晶格（Superlattice）低缺陷密度缓冲

层技术，同时发展各种提升发光二极体（

LED）效率之关键技术，以相辅相成，

迎头赶上先进国家之技术水准。

　　缓冲层的角色除缓冲氮化镓材料与矽基板间的应力外，也提供氮化镓薄膜
材料成核与成长的介面环境，所以缓冲层的品质会直接影响到元件效率。生长
GaN-on-Si 的方法很多，包括原子束磊晶（Molecular Beam Epitaxy， MBE）和