半导体行业研究之衬底材料-GaN衬底
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氮化镓（GaN）原本就是被作为蓝光LED和新一代DVD用半导体激光器的材料而推进研究的。经过研发，采用GaN的高亮度蓝光LED、绿色LED和蓝光光盘用蓝紫色半导体激光器接连实现了产品化，并走向普及。基于GaN的出色特性，继发光元件之后研究人员又考虑将其用于高频元件，于是开始开发用于手机基站和雷达等的高频晶体管，也实现了实用化。为了充分利用在发光元件和高频元件的研究开发中积累的技术，研究人员从2000年前后开始研究GaN功率元件，大约2005年开始，开发竞争变得激烈起来。 将碳化硅（SiC）用于功率元件的研究从1990年前后开始，2001年SiC肖特基势垒二极管（SBD）实现产品化。虽然与SiC相比，GaN功率元件的研究起步较晚，但在最近几年，将GaN功率元件投入实用的企业接连出现，最初只有美国的三家功率元件领域的大型企业——国际整流器公司（IR）、风险企业Efficient Power Conversion（EPC）和Transphorm，而到2013年至少增加到了5家。 新增的两家企业是日本的松下和夏普。两公司均拥有采用GaN类半导体制作发光元件和高频元件的技术。作为这些技术的用途，他们很早就开始研发GaN功率元件了。
GaN的研究历史在详细介绍GaN功率元件之前，先来简单回顾一下GaN的研究历史。作为半导体材料的GaN在开发过程中遇到的障碍跟SiC一样，也是晶体生长。在研究初期，GaN体晶的合成非常困难。因此，必须使用GaN以外的基板。 GaN晶体的生长利用的是氨气相法。利用该方法需要1000℃以上的生长温度。因此，作为在高温氨气下特性依然稳定的基板，单晶蓝宝石（Al2O3）受到关注。不过，由于GaN与蓝宝石的化学性质（化学键）、热膨胀系数和晶格常数相差较大，在蓝宝石上生长的GaN晶体表面像磨砂玻璃一样粗糙。而且晶体缺陷非常多，无法获得能够用于半导体元件的高品质GaN。 1986年，这种局面被打破。长期致力于GaN晶体生长的名古屋大学工学部教授赤崎勇（现为名古屋大学特别教授、名城大学教授）开发出了“低温堆积缓冲层技术”。利用该技术，可以在蓝宝石基板上生长晶体缺陷少而且表面平坦的GaN晶体。 这是一种在蓝宝石基板与GaN外延层之间设置低温堆积的缓冲层的技术（图1）。赤崎等人把与GaN同为III族的氮化物材料——氮化铝（AlN）作为缓冲层进行堆积。
