《宽禁带半导体术语(T-CASAS 002—2021).pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《宽禁带半导体术语(T-CASAS 002—2021).pdf（64页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、ICS 01.040 L 40/49 团体团体标准标准 T/CASAS 0022021 宽禁带半导体术语 Terminology for wide bandgap semiconductors 2021-03-08 发布 2021-03-08 实施 第三代半导体产业技术创新战略联盟 发布 T/CASAS 0022021 I 目 次 前言.III 1 范围 .1 2 规范性引用文件.1 3 术语和定义.1 3.1 通用术语.1 3.1.1 基本术语.1 3.1.2 典型半导体器件结构及其制备.3 3.1.3 材料缺陷.5 3.2 氮化物半导体.7 3.2.1 材料.7 3.2.2 器件.11 3
2、.3 碳化硅半导体.20 3.3.1 材料.20 3.3.2 器件.22 3.4 氧化物半导体.23 3.4.1 材料.23 3.4.2 器件.25 3.5 金刚石半导体.26 3.5.1 材料.26 3.5.2 器件.28 3.6 应用.28 3.6.1 LED 器件类.28 3.6.2 激光器件类.30 3.6.3 紫外探测器件类.31 3.6.4 微波射频器件类.34 3.6.5 电力电子器件类.35 3.6.6 传感器件类.39 3.6.7 其它器件类.40 参考文献.42 中文索引.43 英文索引.53 T/CASAS 0022021 III 前 言 本文件按照 GB/T 1.120
3、20标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本文件由北京第三代半导体产业技术创新战略联盟标准化委员会（CASAS）制定发布，版权归CASAS 所有，未经 CASAS 许可不得随意复制；其他机构采用本文件的技术内容制定标准需经 CASAS允许；任何单位或个人引用本文件的内容需指明本文件的标准号。本文件起草单位：北京大学东莞光电研究院、东莞市中镓半导体科技有限公司、东莞南方半导体科技有限公司、北京大学宽禁带半导体研究中心、南京大学、中山大学、国宏中宇科技发展有限公司、中国电子科技集团公司第十三
4、研究所、东莞市天域半导体科技有限公司、广东先导稀材股份有限公司、厦门华联电子股份有限公司、北京聚睿众邦科技有限公司、东莞清芯半导体科技有限公司、北京第三代半导体产业技术创新战略联盟。本文件主要起草人：丁晓民、张安平、陈志忠、陈鹏、李顺峰、贾传宇、陈梓敏、王锡铭、丁雄杰、陆敏、孙国胜、崔波、郑智斌、张国义、高伟、于坤山。T/CASAS 0022021 1 宽禁带半导体术语 1 范围 本文件规定了宽禁带半导体材料的制备与应用相关领域的术语及其定义。本文件适用于典型的宽禁带半导体材料，如：氮化镓（GaN）、氮化铝（AlN）、碳化硅（SiC）、氧化锌（ZnO）、氧化镓（-Ga2O3）和金刚石等半导体材
5、料及其应用的研发、生产制造及相关领域的从业者。2 规范性引用文件 本文件没有规范性引用文件。3 术语和定义 3.1 通用术语 3.1.1 基本术语 3.1.1.1 宽禁带半导体 wide bandgap semiconductor 第三代半导体 third-generation semiconductor 以族氮化物半导体、SiC、新型氧化物半导体等新型半导体材料及其合金材料组成的半导体材料体系，通常具有比Si、GaAs等传统半导体材料具有更宽的禁带宽度。注：常用的宽禁带半导体室温禁带宽度：GaN为3.39 eV、AlN为6.2 eV、4H-SiC为3.23 eV、ZnO为3.37 eV、-G
6、a2O3为4.85 eV、金刚石为5.47 eV。在一些场合，宽禁带半导体也通常称为第三代半导体。3.1.1.2 晶体结构 crystal structure 晶体材料中原子按一定对称性周期性平移重复而形成的空间排列形式。可分为7大晶系、14种平移点阵、32种点群、230种空间群。注：晶体结构是决定半导体物理、化学和力学性能的基本因素之一，按原子排列有序性从大到小划分，分为单晶半导体，多晶半导体和非晶半导体。3.1.1.3 能带结构 band structure 描述固体中电子运动的能量分布状态。注：分为可以分布的能量范围（称为“允许能带”，简称“允带”），以及不允许分布的能量范围（称为“禁止
7、能带”，简称“禁带”）。3.1.1.4 禁带宽度 band gap Eg 在相应温度下，电子从束缚态（价带）跃迁到扩展态（导带）所需要的最小能量。3.1.1.5 直接带隙半导体 direct bandgap semiconductor 导带最小值（导带底）和价带最大值（价带顶）在波矢空间中处于同一波矢位置的半导体。注：典型的宽禁带材料中，氮化物半导体材料都是直接带隙半导体。3.1.1.6 T/CASAS 0022021 2 间接带隙半导体 indirect bandgap semiconductor 导带最小值（导带底）和价带最大值（价带顶）在波矢空间中处于不同波矢位置的半导体。注：典型的宽禁
8、带材料中，碳化硅半导体材料是间接带隙半导体。3.1.1.7 化合物半导体 compound semiconductor 由两种或两种以上的元素以确定的原子配比形成的半导体。注：具有确定的禁带宽度和能带结构等半导体性质，例如由族元素（Al，Ga和In）与族元素N组成的氮化物半导体，由Zn元素、Ga元素与O元素组成的氧化物半导体，以及由Si元素和C元素组成的SiC半导体等。来源：GB/T 142642009，3.36，有修改 3.1.1.8 本征半导体 intrinsic semiconductor 在晶体结构上完整，没有缺陷和杂质，电子和空穴仅由材料的本征激发产生且密度相同的半导体材料。注：由于
9、宽禁带半导体材料制备工艺的局限性，往往存在各种缺陷和杂质，通常通过补偿掺杂来降低缺陷导致的载流子浓度，以获得电学性质近似本征特性。来源：GB/T 142642009，3.133，有修改 3.1.1.9 导电类型 conductivity type 由多数载流子决定的半导体的导电特性，多数载流子为电子的半导体为n型半导体，多数载流子为空穴的半导体为p型半导体。注：由于宽禁带半导体中掺杂原子的深能级特性，导致室温下离子化率较低，难以获得良好的导电性能。例如氮化物、氧化物和SiC难以获得导电性能良好的p型材料，金刚石难以获得导电性能良好的n型材料。来源：GB/T 142642009，3.39，有修改
10、；增加注释，将“n型半导体”和“p型半导体”合并于此术语。3.1.1.10 饱和电子漂移速度 saturated electron drift velocity 在高电场下，电子在特定的宽禁带半导体中能获得的最大漂移速度。注：宽禁带半导体通常具有比Si更高的饱和电子漂移速度，例如4H-SiC、GaN和金刚石的饱和电子漂移速度典型值分别是Si的2倍、2.2倍和2.7倍；而氧化镓的饱和电子漂移速度约为Si的1.82倍。3.1.1.11 临界击穿场强 critical breakdown field 宽禁带半导体在开始发生雪崩击穿时的电场强度。注：临界击穿场强通常与禁带宽度的平方成正比。Si的临界击
11、穿场强为300 kV/cm，GaN、4H-SiC和金刚石的临界击穿场强典型值分别为4 000 kV/cm、3 000 kV/cm和10 000 kV/cm；而氧化镓的临界击穿电场为8 000 kV/cm。3.1.1.12 极性 polarity 当宽禁带半导体晶胞内部沿着某一晶向正、负电荷中心不重合，存在净的电偶极矩的表现形式。注：例如在GaN材料中，极化方向平行于(0001)晶向，存在极化电场，(0001)晶向对应的是GaN晶胞的c面，因此也称c面为极性面。3.1.1.13 非极性 non-polarity 当宽禁带半导体晶胞内部沿着某一晶向正、负电荷中心完全重合，不存在净的电偶极矩的表现形
12、式。注：例如在GaN材料中，垂直于(0001)晶向的方向上净电偶极矩为0，因此与c面垂直的晶面为非极性面，与c面垂直T/CASAS 0022021 3 的面有a面和m面，因此也称a面和m面为非极性面。3.1.1.14 半极性 semi-polarity 宽禁带半导体中介于极性面和非极性面之间的晶面，与极性面具有一定的夹角，因此仅具有部分极性面的极化强度的电偶极矩的表现形式。3.1.1.15 极化效应 polarization effect 由极性半导体的极化电场引发的效应，包括自发极化和压电极化，对应的效应是自发极化效应和压电极化效应。自发极化是源于晶体本身对称性导致的极化，压电极化是源于外部
13、应力导致晶格变形导致的极化。注：宽禁带半导体由于晶格的高度不对称性，表现出显著的极化特征，典型的极化效应如GaN/AlGaN异质结界面处诱导形成的高浓度的二维电子气。3.1.1.16 载流子面电荷密度 carrier sheet density 半导体中单位面积内所具有的载流子数。注：通常用于表征二维电子气或二维空穴气的载流子浓度，比如GaN/AlGaN异质结形成的二维电子气和金刚石表面形成的二维空穴气。3.1.1.17 激子 exciton 由于库仑相互吸引作用在一定的条件下会将电子和空穴在空间上束缚在一起，形成的电子-空穴对。注：激子束缚能的大小决定了激子的稳定性强弱，在量子化的低维电子结
14、构中，激子的束缚能要大得多。典型宽禁带半导体中激子束缚能最大的是ZnO，其激子束缚能可达60 meV，在室温下也稳定存在。3.1.2 典型半导体器件结构及其制备 3.1.2.1 异质结构 heterostructure 由两种或两种以上不同材料通过共价键结合在一起形成的宽禁带半导体结构。注：通常用于能带工程的能带设计。宽禁带半导体形成的异质结构，通常具有较强的应变。3.1.2.2 异质结 heterojunction 任何两种不同的宽禁带半导体形成的载流子（如电子）状态不连续的界面，界面两侧导电类型可以相同，也可以不同。注：异质结的最重要参数是界面能带不连续的能带台阶，通常用于载流子（如电子）
15、分布状态及其输运的调控。宽禁带半导体形成的异质结，通常具有较大的能带台阶。3.1.2.3 量子阱 quantum well QW 由禁带宽度不同的两种薄层宽禁带半导体材料交替生长在一起，而且禁带宽度较窄的薄层被包夹在禁带宽度较宽的薄层材料中间的一种微结构。当载流子被限制在一个足够窄的势阱中，电子的能级变成分立的量子化能级。3.1.2.4 二维电子气 two-dimensional electron gas 2DEG T/CASAS 0022021 4 当宽禁带半导体异质结界面处的电子运动在某一个方向（如z方向）上受到限制形成量子能级，这种具有两个自由度的自由电子。注：二维电子气通常具有更高的迁
16、移率，是宽禁带半导体场效应器件工作的基础。AlGaN/GaN异质结由于极化作用在界面处形成强的二维电子气，二维电子气也存在于ZnO/ZnMgO异质结、金刚石界面和MOSFET界面等。3.1.2.5 二维空穴气 two-dimensional hole gas 2DHG 当宽禁带半导体异质结界面处的空穴运动在某一个方向上受到限制形成量子能级，这种具有两个自由度的自由空穴。注：二维空穴气通常具有更高的迁移率，是指用量子限制等物理方法使空穴群在一个方向上的运动被局限于一个很小的范围内,而在另外二个方向上可以自由运动的系统。3.1.2.6 外延 epitaxy 用气相、液相、分子束等方法，在衬底上生长
17、与衬底晶格有对应继承关系的晶体生长工艺。在衬底上生长组份与衬底材料相同的单晶薄层，称同质外延；在衬底上生长与衬底材料组份不同的单晶薄层，称异质外延。注1：宽禁带半导体中，SiC 和金刚石一般采用同质外延生长，氮化物器件也采用 GaN 衬底进行 GaN 的同质外延生长。注2：由于晶格失配和热失配，异质外延获得的单晶薄膜具有大量的缺陷和显著的应力，克服晶格失配和热失配是提高异质外延质量的关键。注3：氮化镓异质外延的主要衬底是蓝宝石、SiC 及 Si 衬底等；氧化镓异质外延主要用于非稳相氧化镓的生长；氧化锌异质外延的主要衬底是 c 面蓝宝石。来源：GB/T 142642009，3.82，有修改 3.
18、1.2.7 衬底 substrate 具有一定厚度和特定导电性能的支撑材料，作为后续外延工艺的基底，支撑器件结构。注：衬底可以是半导体，也可以是非半导体材料（如氮化物半导体外延用的蓝宝石衬底）。宽禁带半导体所用衬底包括用于同质外延的衬底和用于异质外延的衬底。来源：GB/T 142642009，3.242，有修改、增加注释 3.1.2.8 掺杂 doping 把半导体材料的非本体元素、合金或化合物痕量掺入半导体中，获得预定的 n 型电导率或 p 型电导率的过程。注：掺杂有多种方式：有采用离子注入方式达到掺杂的目的离子注入掺杂技术；有通过气相使杂质进入半导体的气相掺杂技术；有在外延生长期间，使载流
19、子与其掺杂剂母体原子在空间上分隔开的调制掺入技术；有在外延间断生长期间，将单个原子层厚度的掺杂剂原子，淀积到二维晶体平面上的原子平面掺杂技术，又称“掺杂”；有在氮化镓材料生长过程中通过C3H8作为掺杂剂进行C掺入的碳掺杂技术；有4H-SiC外延生长中，将n型施主或p型受主杂质原子引入到外延层中，以控制外延层的导电类型和载流子浓度的原位掺杂技术。来源：GB/T 1426493，3.16，有修改，增加注释 3.1.2.9 n 型掺杂 n-type doping 将杂质加入半导体中，以获得所需要的 n 型电导率的过程。注：在宽禁带半导体的制备中n型掺杂是一种常见工艺。如：T/CASAS 002202
20、1 5 a)在碳化硅晶体中掺杂非 Si、C 元素并形成固溶体，实现碳化硅晶体导电且载流子为电子。通常掺杂元素为最外层排布电子数4 的元素，如 N；b)在氧化物半导体中掺入杂质原子实现电子导电。n 型掺杂在宽禁带氧化物中较易实现，氧化锌的 n 型掺杂主要采用镓和铝，氧化镓的 n 型掺杂主要采用硅和锡。且多数本征氧化物半导体，由于缺陷或非故意掺杂的存在，会呈现 n 型；c)在金刚石半导体中通过单元素的掺杂和多元素的共掺杂获得 n 型金刚石薄膜，单元素的掺杂使用的施主元素主要有族元素（N、P）和族元素（O、S）等，多元素共掺杂主要有 B-S、B-P 和 B-O 共掺等。3.1.2.10 p 型掺杂
21、p-type doping 将杂质加入半导体中，以获得所需要的 p 型电导率的过程。注：在宽禁带半导体的制备中p型掺杂是一种常见工艺。如：a)在碳化硅晶体中掺杂非 Si、C 元素并形成固溶体，实现碳化硅晶体导电且载流子为空穴。通常掺杂元素为最外层排布电子数4 的元素，如 B、Al 等；b)在氧化物半导体中掺入杂质原子实现空穴导电。由于氧化物 p 型掺杂形成能高、稳定性差、空穴有效质量大等原因，常见的宽禁带氧化物半导体中 p 型掺杂的实现难度大。氧化锌可通过掺 N、Li 实现 p 型导电，但稳定性差；c)在本征金刚石中掺入硼（B）元素或其它杂质元素，使其实现 p 型导电性。天然含有杂质的金刚石通
22、常具有p 型导电性，利用氢等离子对天然金刚石单晶表面进行处理后，金刚石表面的电阻会显著变小，电阻率由约1015cm 减少至约 104cm，表现出 p 型导电型。3.1.2.11 共掺杂 co-doping 采用两种或两种以上的元素对宽禁带半导体进行掺杂的技术，通常其中一种元素是主要掺杂剂，另外的元素是辅助掺杂剂。注：由于氧化物半导体p型掺杂难度大，因此一般需要采用共掺杂技术，比如氧化锌可通过Be、N共掺杂，利用Be来提升N原子的稳定性；在金刚石薄膜上的主要掺杂有硼（B）-硫（S）、硼（B）-磷（P）和硼（B）-氧（O）共掺等，主要是为了解决单一施主杂质无法实现n型金刚石足够浅的能级的问题。3.
23、1.3 材料缺陷 3.1.3.1 晶格失配 lattice mismatch 在由两种晶体材料构成的界面附近，由于两种材料的晶格常数不完全相同，使晶格连续性受到破坏的现象。注：晶格失配会导致弹性变形，在界面处产生应力和大量缺陷，影响器件的性能和寿命。3.1.3.2 热失配 thermal mismatch 由于相邻宽禁带半导体膨胀系数不同，温度变化时在界面处引起的两者晶格大小变化率出现差异的现象。注：热失配导致在界面处产生应力，足以使外延片产生弯曲，应力释放区域产生大量缺陷，影响器件的性能和寿命。3.1.3.3 孪晶 twinned crystal 两个晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共晶面
24、（即特定取向关系）构成镜面对称的位向关系的一种晶体结构。注1：连接两部分晶体的界面称为孪晶面或孪晶边界。在金刚石结构中，例如硅，孪晶面为(111)面。T/CASAS 0022021 6 注2：相氧化镓晶格结构具有明显各向异性，其晶向键能强而晶向键能弱，因此容易在氧化镓单晶中容易产生以（100）面为镜面的孪晶，在晶体中引入孪晶界、层错等缺陷；金刚石晶体的一系列孪晶晶界包括：3、9、27和81，分别对应的晶格转角为70.529、38.942、31.586 和77.885。来源：GB/T 1426493，3.4，有修改 3.1.3.4 点缺陷 point defect 本征缺陷 intrinsic
25、defect 宽禁带半导体晶体中格点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构的正常排列的一种缺陷。注：通常是晶格原子发生变化，影响范围在一个或几个晶格常数范围内，例如空位、间隙原子、杂质原子等。来源：GB/T 1426493，5.3，有修改 3.1.3.5 位错 dislocation 晶体中由于原子错配引起的具有伯格斯矢量的一种线缺陷。注1：位错是晶体中已滑移与未滑移区之间边界构成的，可用伯格斯回路（一定微观范围内的原子环路）闭合性破坏来表征。注2：氧化镓中存在螺位错和刃位错，密度一般在103/cm2-107/cm2，螺位错其位错线和博格斯矢量沿方向，刃位错其位错线沿而伯格斯矢量沿或。氧化镓中的一些
26、刃位错会以阵列的形式，产生在小角度晶界处；在CVD生长的金刚石膜中，线缺陷通常为全位错，位错密度达1012 cm-2。来源：GB/T 1426493，5.4，增加注释 3.1.3.6 穿透位错 threading dislocation TD 在半导体异质外延过程中，由于晶格失配和热失配等产生的可以延伸穿透整个外延层的位错。注：穿透位错是一种从形态上定义的位错，不是一种新结构的位错，可以是刃位错、螺位错或混合位错。在宽禁带半导体中这种穿透位错对器件性能和可靠性有重要影响。3.1.3.7 刃型位错 edge dislocation 伯格斯矢量与位错线垂直的位错。注：宽禁带半导体晶体内部由于突然终
27、止于某一条线处形成的不规则排列。例如在原本完整的晶格某处，插入半面晶面，该插入的半面晶面的端线就是刃位错线所在位置。位错线与伯格斯矢量垂直，刃位错可由位错线伯格斯矢量来唯一确定。3.1.3.8 螺型位错 screw dislocation 伯格斯矢量与位错线平行的位错。注1：宽禁带半导体晶体内部像旋转楼梯一样沿某一中心旋转发生形变，导致原子回路不闭合而形成的不规则排列。旋转的中心是一条线即位错线，与伯格斯矢量平行。注2：实际材料中位错的伯格斯矢量往往既非平行又非垂直于位错线方向，兼具了刃位错和螺位错的特征，称为混合位错。3.1.3.9 堆垛层错 stacking fault 晶体中原子面的堆垛
28、顺序发生差错而形成的一种面缺陷。注1：通常，堆垛层错仅存在于一个晶面上。如果层错终止在晶体内部，它将终结在一个不全位错上。在111晶面上，层错呈分立的或相交的封闭等边三角形，或者呈不完全的三角形；在100晶面上，层错呈现为一封闭的T/CASAS 0022021 7 或不完整的正方形。每个这样的图形称为一个堆垛层错。注2：堆垛层错是宽禁带半导体晶格中常见的一种面缺陷。来源：GB/T 1426493，5.7，有修改 3.1.3.10 位错密度 dislocation density 单位体积中所包含位错线的总长度。通常以晶体某晶面单位面积上位错蚀坑的数目（个/cm2）来表示。注1：通常以晶体某晶面
29、单位面积上位错蚀坑的数目（个/cm2）来表示。注2：位错密度可以通过透射电镜直接观察晶格像计算，也可以通过化学蚀刻法使位错露头处产生腐蚀刻坑，在显微镜下对腐蚀坑进行计数。来源：GB/T 142642009，3.65，有修改 3.2 氮化物半导体 3.2.1 材料 3.2.1.1 单晶 3.2.1.1.1 氮化镓 gallium nitride GaN 由A 族元素 Ga 和A 族元素 N 化合而成的半导体材料。分子式为 GaN。室温下禁带宽度为 3.39 eV，属直接跃迁型能带结构。注1：晶体结构有纤锌矿、闪锌矿和岩盐相等。注2：“GaN单晶材料”是相对于“GaN单晶薄膜”而言的概念，是指有较
30、大体积，或厚度较厚，近似于传统晶体材料的GaN晶体材料。由于自然界不存在天然GaN晶体，因此GaN材料都是经过人工方法制备获得的。3.2.1.1.2 体单晶 bulk single crystal 半导体晶体的整体在三维方向上由相同结构基元构成，结晶体内部的结构基元在三维空间呈有规律地、周期性地排列，且整个晶体中原子在空间的排列为长程有序的晶体形态。3.2.1.1.3 氮化镓单晶薄膜 GaN single crystalline film 在衬底上生长连续且其晶向由衬底决定的薄层氮化镓单晶材料。注：GaN单晶薄膜是相对于GaN单晶材料而言的概念，是指生长在衬底上的薄层单晶材料，通常厚度较薄。如
31、果在薄膜内出现多种晶体取向，则称为GaN多晶薄膜。3.2.1.1.4 氮化铝 aluminum nitride AlN 由A族元素Al和A族元素N化合而成的半导体材料。分子式为AlN。室温下禁带宽度为6.2 eV，属直接跃迁型能带结构。注：AlN有纤锌矿、类金刚石结构等。由于自然界不存在天然AlN晶体，因此由人工方法制备获得。“AlN单晶材料”是相对于“AlN单晶薄膜”而言的概念，是指有较大体积，或厚度较厚，近似于传统晶体材料的AlN晶体材料。3.2.1.1.5 氮化铝单晶薄膜 AlN single crystalline film 在衬底上生长连续且其晶向由衬底决定的薄层氮化铝单晶材料。T/
32、CASAS 0022021 8 注：AlN单晶薄膜是相对于AlN单晶材料而言的概念，是指生长在衬底上的薄层单晶材料，通常厚度较薄。如果在薄膜内出现多种晶体取向，则称为AlN多晶薄膜。3.2.1.2 衬底 3.2.1.2.1 氮化镓衬底 gallium nitride substrate 具有一定厚度和特定导电性能的氮化镓支撑材料，作为后续外延工艺的基底，支撑器件结构。注1：常见为纤锌矿结构，禁带宽度为3.4 eV。注2：常见的氮化镓衬底有：氮化镓复合衬底（由氮化镓单晶薄膜材料与其支撑基底构成的复合结构）、氮化镓自支撑衬底（利用HVPE等长晶技术在蓝宝石或其他材料基底上快速生长成的氮化镓单晶厚膜
33、）、氮化镓半绝缘衬底（在氮化镓衬底形成过程中通过掺杂工艺降低导电性能而形成的半绝缘薄膜）。3.2.1.2.2 氮化铝衬底 aluminum nitride substrate 具有一定厚度和特定导电性能的氮化铝支撑材料，作为后续外延工艺的基底，支撑器件结构。注：常见为纤锌矿结构，禁带宽度为6.2 eV。3.2.1.2.3 图形化衬底 patterned substrate 在外延生长前，采用干法刻蚀或湿法刻蚀的方法，在表面形成一定图案的衬底。注：对于GaN基LED工艺领域，通常用于在蓝宝石基底表面制备形成具有周期性阵列排布图形的衬底片，从而实现横向外延生长，降低外延位错密度，兼具通过改变出光路
34、增加出光效率的目的。3.2.1.2.4 氮化镓复合衬底 GaN template 由氮化镓单晶薄膜材料与其支撑基底构成的复合结构，用于外延沉积、扩散、离子注入等后序工艺操作的氮化镓基片。来源：GB/T 370312018，2.2.2.8 3.2.1.2.5 氮化镓自支撑衬底 free-standing GaN substrate 具有特定晶面和相应电学、光学和机械特性的用于外延沉积、扩散、离子注入等后续工艺操作的氮化镓单晶材料制成的衬底。注：一种方法是生长GaN体单晶，经过切割、抛光等工艺获得。另一种方法是利用HVPE等晶体生长技术在蓝宝石或其它衬底材料上，快速生长达到特定厚度要求的GaN厚膜
35、，采用自分离或激光剥离技术剥离掉衬底，经过机械抛光形成的GaN单晶。来源：GB/T 370312018，2.2.2.9，有修改 3.2.1.2.6 氮化镓半绝缘衬底 semi-insulator GaN substrate 在氮化镓单晶衬底材料形成过程中通过掺杂工艺降低导电性能而形成的衬底，其电阻率大于106cm。3.2.1.2.7 氮化铝自支撑衬底 free-standing AlN substrate 具有特定晶面和相应电学、光学和机械特性的用于外延沉积、扩散、离子注入等后续工艺操作的氮化铝单晶材料制成的衬底。注：一种方法是生长氮化铝体单晶，经过切割、抛光等工艺获得。另一种方法是利用HVP
36、E等晶体生长技术在蓝宝石或其它衬底材料上，快速生长达到厚度要求的AlN厚膜，然后采用自分离或激光剥离技术剥离掉衬底，经过T/CASAS 0022021 9 机械抛光形成的AlN单晶。3.2.1.2.8 金属有机化学气相沉积 metalorganic chemical vapor deposition MOCVD 金属有机（MO）源前驱体通过载气 H2/N2输运至反应室内的衬底表面，在一定温度下与非金属气相物质在衬底表面进行化学反应，获得半导体单晶外延材料的技术。注：是宽禁带半导体材料制备中广泛使用的薄膜晶体生长技术。3.2.1.2.9 分子束外延 molecular beam epitaxy
37、MBE 半导体晶体生长所需的各种元素在高温下气化，在超高真空条件下，以原子束或分子束的形式，定向喷射到加热的衬底表面，在衬底表面经过吸附、迁移等过程而获得单晶外延材料的技术。注1：对化合物半导体薄膜而言，各组分均采用固体源物质的分子束外延生长技术，称为固态源分子束外延；某些组分采用固体源物质，而某些组分采用气态源物质的分子束外延生长技术，称为气态源分子束外延；某些组分采用金属有机化合物作为源物质，而某些组分为固态源物质的分子束外延生长技术，称为金属有机源分子束外延；在-族化合物薄膜材料的分子束外延生长过程中，使族金属原子束流与族原子（分子）束流在较低的温度下交替喷射到生长晶体表面，获得原子级平
38、整度薄膜晶体外延生长的技术，称为迁移增强外延；利用射频高压放电产生等离子体，提供高度活性的气态源粒子（原子、分子、离子等），降低薄膜的生长温度，提高生长速率的技术，称为射频等离子体辅助分子束外延；用高能量微波激励气体源物质辉光放电，产生活性气体源粒子，提高生长薄膜晶体质量的技术，称为微波等离子体辅助分子束外延；利用准分子脉冲激光烧蚀高熔点氧化物靶，使氧化物沉积到衬底上生长薄膜的技术，称为激光辅助等离子体分子束外延。注2：该技术的特点是：使用的衬底温度低，膜层生长速率慢，束流强度易于精确控制，膜层组分和掺杂浓度可随源的变化而迅速调整。用这种技术已能制备薄到几十个原子层、乃至（准）单原子层的单晶薄
39、膜，以及交替生长不同组分、不同掺杂的薄膜而形成的超薄层量子显微结构材料。来源：GB/T 142642009，3.161，有修改 3.2.1.2.10 低温成核层 nucleation layer 宽禁带半导体异质外延中为了降低由于衬底和外延材料之间晶格失配和热失配形成的应力和缺陷以及防止外延薄膜与衬底间的界面反应，在衬底表面生长一层有利于提高晶体质量的薄层。注：通常做法是先进行低温沉积，经过高温退火对低温沉积层进行再结晶而形成晶核，从而获得利于后续晶体外延生长的成核层。3.2.1.2.11 缓冲层 buffer layer 在宽禁带半导体外延生长中，为关键外延层所准备的前期铺垫层。注：这种铺垫
40、层多为多层结构，成核层为缓冲层的最初一层。3.2.1.2.12 侧向外延 epitaxial lateral over-growth 横向外延 lateral epitaxial ELO 宽禁带半导体在选区外延时，通过控制生长条件，使得横向生长速度快于纵向生长速度，导致选择窗口区的外延薄膜生长扩展到窗口外并连接相邻窗口区扩展过来的外延薄膜，最终形成连续外延层的方法。3.2.1.2.13 T/CASAS 0022021 10 氢化物气相外延 hydride vapor phase epitaxy HVPE 利用氢化物作为输运反应物质的一种气相外延生长技术。注：在此法外延GaN材料中，采用HCl与
41、金属Ga反应生成GaCl3，然后输运到衬底表面与氨气进行反应，实现GaN晶体生长。与MBE和MOCVD生长方法相比，氢化物反应速率更快，GaN生长速率快10倍以上。3.2.1.2.14 氨热法 ammonothermal method 在 400 600，100 MPa400 MPa 条件下，在超临界和高密度的氨以及在其中的矿物剂中溶解金属镓或多晶氮化镓，再结晶生成单晶 GaN 的方法。注：氨热法是生长GaN单晶的方法之一；常用的矿物剂包括锂和钾等。3.2.1.2.15 钠流法 Na-flux method 通过添加 Na 金属作为助溶剂，利用 Na 的还原能力，促进 N2 电离，提高 N 在
42、 Ga 熔体中的溶解度，并增强 N 的活性，在较低温度（600 900）和压力（10 MPa）条件下液相生长 GaN 单晶的一种方法。3.2.1.3 外延 3.2.1.3.1 外延层 epitaxial layer 在衬底上生长的有特定掺杂和厚度要求的宽禁带半导体薄层。注1：外延层可在导电类型、晶体结构等方面与衬底相同或不同，还可以是包含不同厚度和不同要求的多层单晶。注2：宽禁带半导体外延方法主要有金属有机化学气相沉淀（MOCVD）和分子束外延（MBE）等。来源：GB/T 142642009，3.81，有修改 3.2.1.3.2 铟镓氮 indium gallium nitride InGaN
43、 由氮化镓和氮化铟组成的固溶体。分子式为 InxGa1-xN。是光电子和微电子材料。3.2.1.3.3 铝镓氮 aluminum gallium nitride AlGaN 在 GaN 为基础的晶体中，部分 Ga 原子被 Al 原子替换而形成的三元合金半导体材料，包含替换比例的表达式为 AlxGa1-xN。3.2.1.3.4 铟铝氮 indium aluminum nitride InAlN 在 AlN 为基础的晶体中，部分 Al 原子被 In 原子替换而形成的三元合金半导体材料，包含替换比例的表达式为 InxAl1-xN。3.2.1.3.5 铝铟镓氮 aluminium indium gal
44、lium nitride 镓铟铝氮 aluminium gallium indium nitride AlInGaN 由铝、铟、镓和氮构成的四元固溶体。分子式为 AlxInyGa1-x-yN。是宽波段（紫外到近红外）发光材料。T/CASAS 0022021 11 3.2.1.3.6 硅基氮化镓 silicon based gallium nitride(GaN on Si)以硅作为衬底通过外延生长的氮化镓器件结构。注：硅基氮化镓也称为“硅上氮化镓”，兼具硅的低成本效应以及氮化镓的高频高功率特性，在电力电子器件方面具有较高的应用潜力。3.2.1.3.7 蓝宝石基氮化镓 sapphire base
45、d gallium nitride 以蓝宝石为衬底通过外延生长的氮化镓器件结构。注：蓝宝石基氮化镓也称为“蓝宝石上氮化镓”，其外延技术比较成熟，材料质量较高，是目前发光二极管商业化最主要的技术路线。3.2.1.3.8 碳化硅基氮化镓 silicon carbide based gallium nitride 以碳化硅作为衬底通过外延生长的氮化镓器件结构。注：碳化硅基氮化镓也称为“碳化硅上氮化镓”，兼具碳化硅的高导热效应以及氮化镓的高质量特性，在微波器件、电力电子器件方面具有较高的应用潜力。3.2.1.3.9 金刚石基氮化镓 GaN-on-diamond 以金刚石作为衬底通过外延生长的氮化镓器件
46、结构。注：金刚石基氮化镓也称为“金刚石上氮化镓”，主要优势是利用金刚石的高导热效应，制备散热优异的氮化镓高功率器件，目前处于探索阶段。3.2.1.3.10 应力调控 stress modulation 在大失配异质外延过程中，通过特殊设计的结构降低外延层中应力的方法。注：如在Si衬底外延生长GaN材料，采用AlN缓冲层以及Al组分阶梯式变化的多层AlGaN应力调控的方法释放Si衬底和GaN外延层之间的晶格失配应力和热失配应力。3.2.1.4 杂质与缺陷 3.2.1.4.1 施主杂质 donor impurity 能够向导带提供电子，同时自身变为正电荷离子的杂质。注1：又称“n型导电杂质”。在-
47、族氮化物半导体中用Si原子替代族原子，称为Si施主杂质；用Ge原子替代族原子，称为Ge施主杂质。n型导电杂质可以离化出一个自由电子，用于调控氮化物中的电子浓度，达到改变导电性能的目的。注2：在4H-SiC中N作为n型掺杂剂，向导带提供电子形成电子导电，称为N施主杂质。在导带边下方0.04 eV处形成施主杂质能级。3.2.1.4.2 受主杂质 acceptor impurity 电子能级高于价带顶，能够从价带接受电子，同时自身变为负电荷离子的杂质。注1：又称“p型导电杂质”。在-族氮化物半导体中用Mg原子替代族原子，称为Mg受主杂质。p型导电杂质可以离化出一个自由空穴，用于调控氮化物中的空穴浓度
48、，一般离化率很低。注2：在4H-SiC中Al作为p型掺杂剂，向价带提供空穴形成空穴导电，称为Al受主杂质。在价带边上方0.19 eV处形受主成杂质能级。3.2.2 器件 T/CASAS 0022021 12 3.2.2.1 光电器件 3.2.2.1.1 发光二极管 light emitting diode LED 当被电流激发时通过传导电子和空穴的再复合，在 p-n 结处产生自发辐射而发出非相干光的一种半导体二极管。注：氮化物发光二极管可以发出高效率的短波长光，如蓝光、紫外光等。来源：GB/T 370312018，2.1.3，有修改 3.2.2.1.2 微米 LED micro LED LED
49、 发光单元尺寸在微米量级的 LED。注：一般指1 m50 m的LED。微米LED在使用过程中通常剥离外延衬底。将LED微缩化和矩阵化，LED单元尺寸一般小于50 m。3.2.2.1.3 纳米 LED nano LED n LED 发光单元尺寸为纳米量级的 LED。注：一般指10 nm1 000 nm间的LED。纳米光源具有微腔效应、较少的导波模式、耐大电流密度等特性，在照明、通信以及生物医疗方面具有广阔应用前景。3.2.2.1.4 小尺寸 LED mini light-emitting diode Mini-LED 晶粒尺寸大约在 100 微米的 LED。注：外延衬底不剥离，在小间距显示屏应用
50、方面有显著的优势。3.2.2.1.5 大功率 LED power LED 输入功率不小于 700 mW（GaAlAs，InGaAlP）或 1 000 mW（GaN）的 LED。来源：GB/T 370312018，2.2.3.3，有修改 3.2.2.1.6 中功率 LED middle power LED 输入功率不小于 70 mW（GaAlAs，InGaAlP）或 100 mW（GaN），且小于 700 mW（GaAlAs，InGaAlP）或 1 000 mW（GaN）的 LED。来源：GB/T 370312018，2.2.3.2，有修改 3.2.2.1.7 小功率 LED low power