氮化物半导体（GaN）的自支撑衬底技术进展如何？

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氮化物半导体（GaN）自支撑衬底技术进展：现状、挑战与未来展望  

引言  
氮化镓（GaN）作为第三代半导体的核心材料，凭借其宽禁带（3.4 eV）、高击穿场强（3.3 MV/cm）和优异的电子饱和速率（2.5×10⁷ cm/s），在功率电子、射频通信、光电子（如LED、激光器）等领域展现出巨大潜力。然而，GaN体单晶的制备长期依赖异质外延（如蓝宝石、SiC或Si衬底），导致高缺陷密度（10⁸–10¹⁰ cm⁻²）和晶格失配应力，限制了器件性能与可靠性。自支撑GaN衬底（Freestanding GaN Substrate）的突破成为解决这一问题的关键。本文将系统梳理其技术进展，涵盖制备方法、性能优化、产业化现状及未来方向。  

1. 自支撑GaN衬底的制备技术  
自支撑衬底的核心目标是实现低位错密度（1 mm），随后通过激光剥离或机械抛光去除异质衬底。  
进展：  
缺陷控制：通过横向外延过生长（ELO）技术，位错密度可降至10⁵–10⁶ cm⁻²。  
尺寸突破：日本住友电工（Sumitomo Electric）已实现6英寸衬底量产，美国Kyma Technologies推出4英寸产品。  
挑战：生长速率高（50–300 μm/h）导致应力积累，易开裂；氨气（NH₃）消耗量大，成本居高不下。  

1.2 氨热法（Ammonothermal Growth）  
原理：模拟天然矿物生长，在高压氨气（1–5 kbar）和低温（400–600°C）条件下溶解-再结晶GaN。  
进展：  
低缺陷优势：位错密度可低至10³–10⁴ cm⁻²（波兰TopGaN公司）。  
晶体质量：适用于激光器等对缺陷敏感的应用。  
挑战：生长速率极慢（

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