蕭達慶/工研院材化所
一、前言
ICNS(International Conference on Nitride Semiconductor)為氮化物半導體技術兩大國際會議之一，每兩年舉辦一次，間隔的一年則舉辦另一場國際會議IWN(International Workshop on Nitride Semiconductor)，2017年的ICNS為第12屆，於法國史特拉斯堡(Strasbourg)舉辦，共計有800篇論文摘要被接受。依技術領域分為五大區塊，分別為A：Material，B：Optical Devices，C：Electronic Devices，D：Other Devices，E：Theory and Basics，其中，尤其以A，B，C三個技術領域為主，佔發表論文數超過90%。由此亦反應出氮化物半導體仍以材料技術以及光電與電子元件為主要技術發展方向。
二、氮化物半導體材料總體發展現況
在氮化物半導體的應用上，目前最為廣泛的仍為GaN材料系統，可以說氮化物半導體的成功很大程度是奠基於LED產業的蓬勃發展，特別是在2014年諾貝爾物理獎頒給了中村修二(Shuji Nakamura)、赤崎勇(Akasaki Isamu)、天野浩(Hiroshi Amano)等三位日本科學家後，更加肯定了氮化物半導體對於產業與學術的貢獻。然而除了LED之外，其他包括雷射二極體(Laser Diode)、功率元件(Power Electronics)、射頻元件(RF Electronics)等之未來發展性均相當看好。Nitride近年的應用市場也逐漸由光學元件(Optical Devices)擴散到電子元件(Electrical Devices)，整個氮化物半導體的應用前景亦更加廣泛。
另外一個受到重視的材料系統則為AlN，由於該材料具有更寬的能隙(＞6eV)，因此目前最看好的應用包括更高電壓的功率元件以及(深)紫外光發光二極體(Deep Ultra-violet LED)與雷射二極體。即使目前功率元件碳化矽的價格已經大幅降低，市場仍尚未大量導入，可想而知，AlN的機會可能更加遙遠。然而，因為AlN的能隙更大，因此相對容易製作成Semi-insulating晶片，加上與GaN的晶格係數差異小，能在GaN/AlN的結構上找到RF的應用機會。InN以長波長的紅外光應用為主，但是因為能隙小，其材料特殊性低，且與Ge與SiGe的應用多有重疊，目前仍以InGaN磊晶作為光學元件的波長調整用磊晶製作為主，基板機會小。BN的晶體技術則相對不成熟，但有不少研究持續進行中，氮化物半導體與其他半導體材料之晶格常數與能隙比較如圖一所示。在元件的製作上，GaN仍為主要的基板材料，AlGaN則為主要的磊晶層結構，Al的摻雜使光學元件波長縮短，InGaN中In的摻雜則使光學元件波長增長，磊晶技術大多著墨於組成與結構對應晶格結構不匹配性(Lattice Mismatch)以及光學與電特性的調配。整體而言，就基板技術的成熟度與市場應用潛力而言，GaN與AlN較具潛力，尤以GaN的機會最為看好。
圖一、氮化物半導體與其他半導體材料之晶格常數與能隙
三、氮化鎵晶體材料技術
GaN的晶體成長技術仍以 HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)為主流，亦為目前商用晶片的主要來源，Yamaguchi University針對低缺陷密度(Low Defect Density)，低翹曲(Low Curvature)，低V-型蝕孔(V-pit)等晶片需求發表了FF(Facet and Flattening)-Growth 技術（圖二），乃是利用------以上為部份節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖二、(左) FF Growth 氮化鎵基板上二氧化矽光罩示意圖；(右)FF Growth成長之氮化鎵晶體C Plane 影像