宽禁带半导体
宽禁带半导体是什么？该如何理解它比较好？
宽禁带半导体是什么？该如何理解它比较好？第三代宽禁带半导体材料被广泛应用在各个领域，包括电力电子，新能源汽车，光伏，机车牵引，以及微波通讯器件等，由于它突破第一、二代半导体材料的发展瓶颈，被业界一直看好。
在前不久2018年国际泛半导体投资论坛上，华登国际合伙人、中电华登信息产业基金首席投资官容志诚先生主持了一场圆桌讨论，和业界领袖嘉宾共同探讨了宽禁带在中国的发展。
“宽禁带有两个大的发展空间，一个是高压跟高温，应用场景包括高铁等，例如日本第二代高铁能跑350公里/小时、车轻了11吨，一个重要原因就是借助新材料提供耐高温高压的性能，可靠性大大提高、性能也大大提高，重量大大减低。
还有国家智能电网，电动车/油混车等。
”容志诚认为，“另外一个方向是通信，从5G到毫米波的高频趋势，如下图所示。
”在此分享现场8位嘉宾的精彩观点，从宽禁带半导体的优势说起，讨论生态圈的现状？面对什么样的挑战？需要做什么？（参与圆桌讨论的嘉宾包括：IEEE会士/纽约伦斯勒理工学院周达成教授、中国LED产业与应用联盟秘书长关白玉、工信部电子科技委委员李晋湘、北京大学宽禁带半导体联合研究中心主任/北京大学东莞光电研究院常务副院长张国义教授、东风汽车技术中心副总工程师罗建武博士、中国宽禁带功率半导体产业联盟理事长单位山东天岳副总裁孙克博士、香港创能动力（APS）创始人总裁周永昌）【宽禁带半导体优势四个字：四高一抗】李晋湘从产业界角度总结了“四高一抗”——宽禁带半导体材料包括器件，有哪四高？高温、高压、高规律、高频率;抗什么？抗辐射。
记住“四高一抗”。
这个优势带来了新的应用，功率器件肯定是要高功率、耐高温。
通信，特别是5G要向高频发展。
【我们的碳化硅废品太多都做了叫锆石的首饰。
产业化技术要关注。
】。
宽禁带半导体及其应用
宽禁带半导体及其应用宽禁带半导体（Wide Bandgap Semiconductor）是指能带宽度较大的半导体材料，其能带宽度一般大于1.7电子伏特（eV）。
与传统的硅材料相比，宽禁带半导体具有更高的电子能带宽度，从而具备更好的电子传输性能和热稳定性。
宽禁带半导体的出现，对电子行业的发展和应用带来了革命性的影响。
宽禁带半导体材料的代表性物质有碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）。
碳化硅具有高熔点、高热导率、高击穿电场强度等特点，广泛应用于功率电子器件、光电子器件和射频器件等领域。
氮化镓则具有优异的电子传输特性和高温稳定性，主要应用于高功率和高频率的电子器件中。
宽禁带半导体材料的应用领域非常广泛。
首先是能源领域，宽禁带半导体材料可以应用于太阳能电池、LED照明和电动汽车等设备中。
碳化硅太阳能电池具有高转换效率、较长的使用寿命和高温稳定性的特点，被认为是下一代高效太阳能电池技术的发展方向。
宽禁带半导体材料在LED照明中的应用也十分广泛，其高亮度、高效率和长寿命的特点使其成为替代传统照明的理想选择。
此外，宽禁带半导体材料还可以应用于电动汽车的功率电子模块，提高电池的充放电效率，延长电池寿命。
其次是通信和无线电频率领域。
宽禁带半导体材料在射频功率放大器、微波器件和雷达系统中有广泛应用。
碳化硅和氮化镓材料的高电子迁移率、高饱和漂移速度和高电子浓度使其成为高功率无线电频率电子器件的理想选择。
宽禁带半导体材料还在高频率通信领域中具有重要作用，可以实现高速数据传输和低噪声放大。
宽禁带半导体材料还可以应用于国防和航空航天领域。
碳化硅和氮化镓材料的高温稳定性和高电压应力能力使其成为高温、高频、高功率和高压环境下的理想选择。
宽禁带半导体材料在航空航天领域中可以应用于高速飞行器的电力系统、雷达系统和通信系统等关键部件，提高系统的可靠性和性能。
宽禁带半导体作为一种新型材料，在能源、通信、国防和航空航天等领域具有广泛的应用前景。
宽禁带半导体功率器件——材料、物理、设计及应用
宽禁带半导体功率器件——材料、物理、设计及应用1.引言1.1 概述宽禁带半导体功率器件作为半导体领域中的重要分支，具有广阔的应用前景。
它是基于宽禁带半导体材料的器件，具备了高功率、高电压和高温度等特点，适用于能源领域、通信领域以及其他一系列领域。
在本文中，我们将对宽禁带半导体功率器件的材料、物理性质、设计原理以及应用领域进行深入研究和探讨。
首先，我们将介绍宽禁带半导体材料的定义和分类，以及其在器件制备中的重要性。
接着，我们将详细探讨宽禁带半导体材料的物理性质，包括载流子浓度、迁移率和反向饱和电流等关键参数的影响因素和变化规律。
其次，我们将深入研究宽禁带半导体功率器件的设计原理，包括器件结构、电场分布以及载流子输运等方面的理论基础。
这部分内容将着重介绍宽禁带半导体功率器件的设计要点，包括提高器件电流密度、减小漏电流和改善器件热特性等方面的关键技术和方法。
最后，我们将重点关注宽禁带半导体功率器件在能源领域和通信领域的应用。
特别是在能源领域，宽禁带半导体功率器件可以广泛应用于太阳能电池、风力发电和电动车等领域，为可再生能源的开发和利用提供支持。
在通信领域，宽禁带半导体功率器件的高频特性和高功率特性，使其成为无线通信系统中的重要组成部分。
总之，本文将全面介绍宽禁带半导体功率器件的材料、物理性质、设计原理以及应用领域，并对其现状进行总结和展望。
通过深入研究和探讨，我们希望能够进一步提高宽禁带半导体功率器件的性能和应用水平，为相关领域的发展做出贡献。
文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文将分为引言、正文和结论三部分来展开对宽禁带半导体功率器件的讨论。
引言部分将首先对宽禁带半导体功率器件进行概述，介绍其基本概念和特点。
接着将介绍文章的结构和内容安排，以便读者能够清晰地理解全文的逻辑发展。
正文部分将分为三个主要章节：材料、设计和应用。
在材料章节中，我们将详细介绍宽禁带半导体材料的特点和性质，包括它们的禁带宽度、载流子浓度和迁移率等重要参数。
宽禁带半导体芯片
宽禁带半导体芯片宽禁带半导体芯片是一种特殊类型的半导体器件，其带隙较大，一般大于2电子伏特。
宽禁带半导体芯片在电子器件中具有特殊的应用价值，下面将详细介绍其特点、应用以及未来发展趋势。
特点：1. 带隙较大：宽禁带半导体的带隙通常大于2电子伏特，这使得其在高频、高功率等特定应用领域具有优势。
2. 高电子迁移率：宽禁带半导体具有较高的电子迁移率，电子在其中运动速度快，响应速度高。
3. 高抗辐照性：宽禁带半导体芯片具有较高的抗辐照性能，适用于高辐射环境下的应用。
4. 低噪声：由于其特殊的材料性质，宽禁带半导体芯片具有低噪声的特点，适用于需要高精度的应用场景。
应用：1. 高频功率放大器：宽禁带半导体芯片在高频功率放大器中表现出色，具有较高的工作频率和功率放大能力。
2. 雷达系统：由于其高电子迁移率和抗辐照性，宽禁带半导体芯片在雷达系统中得到广泛应用，提高了系统的性能和稳定性。
3. 太阳能电池：宽禁带半导体芯片的高光电转换效率使其成为太阳能电池领域的研究热点，有望提高太阳能电池的能量转换效率。
4. 通信系统：在通信系统中，宽禁带半导体芯片可用于高速数据传输和信号处理，提高通信系统的性能和速度。
未来发展趋势：1. 集成度提高：随着半导体技术的不断进步，宽禁带半导体芯片的集成度将不断提高，功能更加丰富。
2. 多功能化：未来的宽禁带半导体芯片有望实现多功能化，可以应用于多个领域，提高器件的灵活性和适用性。
3. 研发投入增加：宽禁带半导体芯片在未来的应用前景广阔，吸引了越来越多的研发机构和企业增加投入，推动技术的不断创新和突破。
4. 生产成本下降：随着生产工艺的进步和规模效应的体现，宽禁带半导体芯片的生产成本将逐步下降，促进其在市场上的普及和应用。
总的来说，宽禁带半导体芯片作为一种特殊的半导体器件，具有独特的特点和应用优势，有望在未来的科技领域发挥越来越重要的作用，带来更多的技术创新和应用突破。
宽禁带半导体电力电子器件
宽禁带半导体材料的禁带宽度较大，能够 在高温环境下保持稳定的性能，增强了电 力电子器件的可靠性和稳定性。
节能环保
推动技术进步
宽禁带半导体电力电子器件具有高效能、 低能耗的优点，有助于减少能源消耗和环 境污染。
宽禁带半导体电力电子器件的发展推动了 新能源、智能电网、电动汽车等领域的技 术进步和应用。
对未来研究和发展的建议
宽禁带半导体电力电子器件
目录
• 引言 • 宽禁带半导体材料 • 宽禁带半导体电力电子器件的种类 • 宽禁带半导体电力电子器件的应用 • 宽禁带半导体电力电子器件的挑战与前景 • 结论
01 引言
宽禁带半导体的定义
宽禁带半导体
指禁带宽度较大的半导体材料，通常 禁带宽度大于2.3eV。常见的宽禁带 半导体材料包括硅碳化物（SiC）、氮 化镓（GaN）和氧化锌（ZnO）等。
料之一。
GaN电力电子器件在电动汽车、可再生能源系统、智 能电网等领域也具有广泛应用前景，尤其在高压和高
温环境下表现出更高的性能优势。
宽禁带半导体的优势
高热导率
宽禁带半导体材料具有高热导率， 能够有效地将热量导出，提高器 件的散热性能和可靠性。
高击穿场强
宽禁带半导体材料具有高击穿场 强，能够承受更高的电压和电流， 提高器件的耐压能力和电流容量。
高频开关电源
宽禁带半导体电力电子器件具有高频 开关能力，可应用于高频开关电源， 减小电源体积和重量，提高电源转换 效率。
02 宽禁带半导体材料
硅碳化物（SiC）
硅碳化物（SiC）是一种宽禁带半导体材料，具有高热导率、高击穿场强、高电子饱 和迁移速度等优点。
SiC在高温、高压、高频和高功率应用领域具有优异性能，是制造电力电子器件的理 想材料之一。
宽禁带半导体材料
其他应用
宽禁带半导体材料在传感器、太阳 能电池、电子束器件等领域也有应 用。
02
宽禁带半导体材料的性质
物理性质
高击穿电场
宽禁带半导体具有高的击穿电 场，可使其在高温和高频下保
持优良的导电性能。
高热导率
宽禁带半导体的热导率较高，有 利于器件的高温工作。
低有效质量
宽禁带半导体具有低的有效质量， 有助于提高其电子和空穴的迁移率 。
方法。
该方法的基本原理是将金属有机物作 为源材料，通过控制反应温度、反应 压力、反应气体的种类和输送到反应 炉中的量等参数，实现高质量宽禁带
半导体材料的可控制备。
与传统的化学气相沉积法相比，金属 有机物化学气相沉积法具有更高的生 长速率和更低的成本，同时还可以实 现不同类型宽禁带半导体材料的可控
制备。
总结词
宽禁带半导体材料具有宽带隙和高透光性等特性，因此在光电器件领域也有 着广泛的应用前景。
详细描述
宽禁带半导体材料在光电器件领域主要应用于LED、激光器和光检测器等光电 器件的制作。这些器件可以应用于光纤通信、光信息处理和光电传感等领域 。
传感和MEMS应用
总结词
宽禁带半导体材料具有高灵敏度、高分辨率和高稳定性等优点，因此在传感和 MEMS领域也有着广泛的应用前景。
该方法的基本原理是将反应气体输送到反应炉中，在一定的温度和压力下，反应气体发生 化学反应并生成固态薄膜。
通过控制反应气体的种类和输送到反应炉中的量，可以精确地控制薄膜的生长速率和厚度 ，从而实现高质量宽禁带半导体材料的可控制备。
溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法是一种在宽禁带半导体材料制备中常用的化学方法。
微波射频应用
总结词
宽禁带半导体材料具有高频率特性、低损耗和高功率容量等 优势，因此在微波射频领域也具有广泛的应用前景。
宽禁带半导体技术
宽禁带半导体技术李耐和概述根据半导体材料禁带宽度的不同，可分为宽禁带半导体材料与窄禁带半导体材料。
若禁带宽度Eg＜2ev （电子伏特），则称为窄禁带半导体，如锗（Ge）、硅（Si）、砷化镓（GaAs）以及磷化铟（InP）；若禁带宽度Eg＞2.0-6.0ev，则称为宽禁带半导体，如碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、4H碳化硅（4H－SiC）、6H碳化硅（6H－SiC）、氮化铝（AIN）以及氮化镓铝（ALGaN）等。
宽禁带半导体材料具有禁带宽度大、击穿电场强度高、饱和电子漂移速度高、热导率大、介电常数小、抗辐射能力强以及良好的化学稳定性等特点，非常适合于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件；而利用其特有的禁带宽度，还可以制作蓝、绿光和紫外光器件和光探测器件。
因此，美国、日本、俄罗斯等国都极其重视宽禁带半导体技术的研究与开发。
从目前宽禁带半导体材料和器件的研究情况来看，研究重点多集中于SiC和GaN技术，其中SiC技术最为成熟，研究进展也较快；GaN技术应用广泛，尤其在光电器件应用方面研究比较深入。
目前，多家半导体厂商演示了具有高功率、高功率附加效率（PAE）、高增益以及较宽工作带宽的宽禁带半导体。
这些器件工作频率范围很宽，从不足1GHz到40GHz，而且性能优异。
虽然自20世纪90年代以来的10多年时间里，SiC器件的演示结果非常喜人，但是高性能宽禁带器件的产量一直很低。
一个主要原因就是无法得到理想的SiC基底――不但要具有足够高电阻系数，可以提供半绝缘特性，而且严重缺陷（如微孔）数量要足够低。
由于没有高质量的基底，就无法通过宽禁带材料的同质/异质外延生长获得制作微波与毫米波器件所需的高度一致性、具有足够高电子迁移率的大尺寸晶片。
值得一提的是，在过去的3年里，SiC基底研制进展迅速，不仅圆片直径有所加大，而且缺陷数量与电阻率都达到了大批量生产性能优异的宽禁带器件与MMIC（单片微波集成电路）的技术要求。
宽禁带半导体材料与器件
宽禁带半导体材料与器件一、引言宽禁带半导体材料是一种具有较大带隙能量的半导体材料，其带隙能量通常大于3电子伏特（eV）。
相对于传统的窄禁带半导体材料，宽禁带半导体材料具有独特的物理和电学性质，使其在光电子器件等领域具有广泛的应用前景。
本文将介绍宽禁带半导体材料的特点、制备方法以及一些常见的宽禁带半导体器件。
二、宽禁带半导体材料的特点1. 带隙能量大：宽禁带半导体材料的带隙能量大，使其能够吸收更高能量的光子，具有较高的光电转换效率。
2. 热稳定性好：宽禁带半导体材料的热稳定性较好，能够在高温环境下工作，适用于高温电子器件的制备。
3. 抗辐照性强：宽禁带半导体材料对辐射的敏感性较低，能够在辐射环境下工作，适用于核能、航天等领域的应用。
4. 电子迁移率高：宽禁带半导体材料的电子迁移率较高，电子在材料中的移动速度快，有利于电子器件的高速运算。
三、宽禁带半导体材料的制备方法1. 气相沉积法：通过在高温下将气体中的半导体原子沉积在衬底上，形成薄膜材料。
常用的气相沉积方法有化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）等。
2. 液相法：将半导体材料的前驱体溶解在溶剂中，然后通过溶液的化学反应使其沉淀成固态材料。
常用的液相法有溶胶-凝胶法和热解法等。
3. 固相法：通过高温反应使固态材料之间发生化学反应，生成宽禁带半导体材料。
常用的固相法有熔盐法和固相扩散法等。
四、宽禁带半导体器件1. 光电二极管：宽禁带半导体材料的高带隙能量使其能够吸收更高能量的光子，具有较高的光电转换效率。
光电二极管利用了宽禁带半导体材料的这一特点，可用于光电转换和光通信等领域。
2. 激光器：宽禁带半导体材料的高带隙能量使其能够产生更高能量的光子，适用于激光器的制备。
宽禁带半导体激光器具有较高的输出功率和较窄的谱线宽度，广泛应用于光通信、医疗和军事等领域。
3. 高温电子器件：宽禁带半导体材料的热稳定性好，能够在高温环境下工作，适用于高温电子器件的制备。
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半导体材料种类繁多，分类方法各不相同，一般将以硅(Si)、锗(Ge)等为代表的元素半导体材料称为第一代半导体材料；以砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、磷化镓(GaP)等为代表的化合物半导体材料称为第二代半导体材料；以碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氮化铝（AlN）、氧化锌(ZnO)、金刚石为代表的宽禁带半导体材料称为第三代半导体材料[1]。
以硅材料为代表的第一代半导体材料的发展是从20世纪50年代开始，它取代了笨重的电子管，导致了以集成电路为核心的微电子工业的发展和整个IT产业的飞跃，广泛应用于信息处理和自动控制等领域[2]。
20世纪90年代以来，随着移动无限通信的飞速发展和以光纤通信为基础的信息高速公路和互联网的兴起，第二代半导体材料开始兴起。
由于其具有电子迁移率高、电子饱和漂移速度高等特点，适于制备高速和超高速半导体器件，目前基本占领手机制造器件市场[3]。
当前，电子器件的使用条件越来越恶劣，要适应高频、大功率、耐高温、抗辐照等特殊环境。
为了满足未来电子器件需求，必须采用新的材料，以便最大限度地提高电子元器件的内在性能。
近年来，新发展起来了第三代半导体材料--宽禁带半导体材料，该类材料具有热导率高、电子饱和速度高、击穿电压高、介电常数低等特点[4]，这就从理论上保证了其较宽的适用范围。
目前，由其制作的器件工作温度可达到600℃以上、抗辐照1×106rad；小栅宽GaNHEMT器件分别在4GHz下，功率密度达到40W/mm；在8GHz，功率密度达到30W/mm；在18GHz，功率密度达到9.1W/mm；在40GHz，功率密度达到10.5W/mm；在80.5GHz，功率密度达到2.1W/mm，等。
因此，宽禁带半导体技术已成为当今电子产业发展的新型动力。
从目前宽禁带半导体材料和器件的研究情况来看，研究重点多集中于碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)技术，其中SiC技术最为成熟，研究进展也较快；而GaN技术应用广泛，尤其在光电器件应用方面研究比较深入[5]。
氮化铝、金刚石、氧化锌等宽禁带半导体技术研究报道较少，但从其材料优越性来看，颇具发展潜力，相信随着研究的不断深入，其应用前景将十分广阔。
1宽禁带半导体材料1.1碳化硅单晶材料在宽禁带半导体材料领域就技术成熟度而言，碳化硅是这族材料中最高的，是宽禁带半导体的核心。
SiC材料是IV-IV族半导体化合物，具有宽禁带(Eg：3.2eV)、高击穿电场(4×106V/cm)、高热导率(4.9W/cm.k)等特点[6]。
从结构上讲，SiC材料属硅碳原子对密排结构，既可以看成硅原子密排，碳原子占其四面体空位；又可看成碳原子密排，硅占碳的四面体空位[7]。
对于碳化硅密排结构，由单向密排方式的不同产生各种不同的晶型,业已发现约200种[8]。
目前最常见应用最广泛的是4H和6H晶型。
4H-SiC特别适用于微电子领域，用于制备高频、高温、大功率器件；6H-SiC特别适用于光电子领域，实现全彩显示。
第一代、第二代半导体材料和器件在发展过程中已经遇到或将要遇到以下重大挑战和需求[9,10]：(1)突破功率器件工作温度极限，实现不冷却可工作在300℃～600℃高温电子系统。
(2)必须突破硅功率器件的极限，提高功率和效率，从而提高武器装备功率电子系统的性能。
(3)必须突破GaAs功率器件的极限，在微波频段实现高功率密度，实现固态微波通讯系统、雷达、电子对抗装备更新换代。
(4)必须拓宽发光光谱，实现全彩显示、新的光存储、紫外探测以及固态照明。
随着SiC技术的发展，其电子器件和电路将为系统解决上述挑战奠定坚实基础。
因此SiC材料的发展将直接影响宽禁带技术的发展。
SiC器件和电路具有超强的性能和广阔的应用前景，因此一直受业界高度重视，基本形成了美国、欧洲、日本三足鼎立的局面。
目前，国际上实现碳化硅单晶抛光片商品化的公司主要有美国的Cree公司、Bandgap公司、DowDcorning公司、II-VI公司、Instrinsic公司；日本的Nippon 公司、Sixon公司；芬兰的Okmetic公司；德国的SiCrystal公司，等。
其中Cree公司和SiCrystal 公司的市场占有率超过85%。
在所有的碳化硅制备厂商中以美国Cree公司最强，其碳化硅单晶材料的技术水平可代表了国际水平，专家预测在未来的几年里Cree公司还将在碳化硅衬底市场上独占鳌头。
美国Cree公司1993年开始有6H碳化硅抛光片商品出售，过去的十几年里不断有新品种加入，晶型由6H扩展到4H；电阻率由低阻到半绝缘；尺寸由25.4～76.2mm(1～3英寸)，最近101.6mm(4英寸)抛光片已投入市场。
2002年美国国防先进研究计划局(DARPA)启动与实施的宽禁带半导体技术计划(WBGSTI)[11]，已成为加速改进SiC、GaN以及AIN等宽禁带半导体材料特性的重要“催化剂”。
该计划基本能够指引以SiC材料为代表的宽禁带半导体材料向大尺寸、低缺陷密度、半绝缘方向发展。
1.2氮化镓材料GaN材料是1928年由Johason等人合成的一种Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，在大气压力下，GaN晶体一般呈六方纤锌矿结构，它在一个元胞中有4个原子，原子体积大约为GaAs的1/2；其化学性质稳定，常温下不溶于水、酸和碱，而在热的碱溶液中以非常缓慢的速度溶解；在HCl或H2下高温中呈现不稳定特性，而在N2下最为稳定。
GaN材料具有良好的电学特性[12]，宽带隙(3.39eV)、高击穿电压(3×106V/cm)、高电子迁移率(室温1000cm2/V·s)、高异质结面电荷密度(1×1013cm-2)等，因而被认为是研究短波长光电子器件以及高温高频大功率器件的最优选材料，相对于硅、砷化镓、锗甚至碳化硅器件，GaN器件可以在更高频率、更高功率、更高温度的情况下工作。
另外，氮化镓器件可以在1~110GHz 范围的高频波段应用，这覆盖了移动通信、无线网络、点到点和点到多点微波通信、雷达应用等波段。
近年来，以GaN为代表的Ⅲ族氮化物因在光电子领域和微波器件方面的应用前景而受到广泛的关注。
作为一种具有独特光电属性的半导体材料，GaN的应用可以分为两个部分：凭借GaN半导体材料在高温高频、大功率工作条件下的出色性能可取代部分硅和其它化合物半导体材料[13]；凭借GaN半导体材料宽禁带、激发蓝光的独特性质开发新的光电应用产品。
目前GaN 光电器件和电子器件在光学存储、激光打印、高亮度LED以及无线基站等应用领域具有明显的竞争优势，其中高亮度LED、蓝光激光器和功率晶体管是当前器件制造领域最为感兴趣和关注的。
国外在氮化镓体单晶材料研究方面起步较早，现在美国、日本和欧洲在氮化镓体单晶材料研究方面都取得了一定的成果，都出现了可以生产氮化镓体单晶材料的公司，其中以美国、日本的研究水平最高。
美国有很多大学、研究机构和公司都开展了氮化镓体单晶制备技术的研究，一直处于领先地位，先后有TDI、Kyma、ATMI、Cree、CPI等公司成功生产出氮化镓单晶衬底。
Kyma公司现在已经可以出售1英寸、2英寸、3英寸氮化镓单晶衬底，且已研制出4英寸氮化镓单晶衬底。
日本在氮化镓衬底方面研究水平也很高，其中住友电工(SEI)和日立电线(HitachiCable)已经开始批量生产氮化镓衬底，日亚(Nichia)、Matsushita、索尼(Sony)、东芝(Toshiba)等也开展了相关研究。
日立电线的氮化镓衬底，直径达2英寸，衬底上位错密度都达到1×106cm-2水平。
欧洲氮化镓体单晶的研究主要有波兰的Top-GaN和法国的Lumilog两家公司。
TopGaN生产GaN材料采用HVPE工艺，位错密度1×107cm-2，厚度0.1～2mm，面积大于400mm2。
综上，国外的氮化镓体单晶衬底研究已经取得了很大进展，部分公司已经实现了氮化镓体单晶衬底的商品化，技术趋于成熟，下一步的发展方向是大尺寸、高完整性、低缺陷密度、自支撑衬底材料[14]。
1.3氮化铝材料AlN材料是Ⅲ族氮化物，具有0.7～3.4eV的直接带隙，可以广泛应用于光电子领域。
与砷化镓等材料相比，覆盖的光谱带宽更大，尤其适合从深紫外到蓝光方面的应用，同时Ⅲ族氮化物具有化学稳定性好、热传导性能优良、击穿电压高、介电常数低等优点，使得Ⅲ族氮化物器件相对于硅、砷化镓、锗甚至碳化硅器件，可以在更高频率、更高功率、更高温度和恶劣环境下工作，是最具发展前景的一类半导体材料。
AlN材料具有宽禁带(6.2eV)，高热导率(3.3W/cm·K)，且与AlGaN层晶格匹配、热膨胀系数匹配都更好[12]，所以AlN是制作先进高功率发光器件(LED，LD)、紫外探测器以及高功率高频电子器件的理想衬底材料。
近年来，GaN基蓝、绿光LED、LD、紫外探测器以及大功率高频HEMT器件都有了很大发展[15,16]。
在AlGaNHEMT器件方面，AlN与GaN材料相比有着更高的热导率，而且更容易实现半绝缘；与SiC相比，则晶格失配更小，可以大大降低器件结构中的缺陷密度，有效提高器件性能。
AlN是生长Ⅲ族氮化物外延层及器件结构的理想衬底，其优点包括：与GaN有很小的晶格失配和热膨胀系数失配；化学性质相容；晶体结构相同，不出现层错层；同样有极化表面；由于有很高的稳定性并且没有其它元素存在，很少会有因衬底造成的沾污。
AlN材料能够改善器件性能，提高器件档次，是电子器件发展的源动力和基石。
目前国外在AlN单晶材料发展方面，以美国、日本的发展水平为最高。
美国的TDI公司是目前完全掌握HVPE法制备AlN基片技术，并实现产业化的唯一单位。
TDI的AlN基片是在〈0001〉的SiC或蓝宝石衬底上淀积10～30μm的电绝缘AlN层。
主要用作低缺陷电绝缘衬底，用于制作高功率的AlGaN基HEMT。
目前已经有2、3、4、6英寸产品。
日本的AlN技术研究单位主要有东京农工大学、三重大学、NGK公司、名城大学等，已经取得了一定成果，但还没有成熟的产品出现。
另外俄罗斯的约菲所、瑞典的林雪平大学在HVPE法生长AlN方面也有一定的研究水平,俄罗斯NitrideCrystal公司也已经研制出直径达到15mm的PVTAlN单晶样品。
在国内，AlN方面的研究较国外明显滞后，一些科研单位在AlNMOCVD外延生长方面，也有了初步的探索，但都没有明显的突破及成果。
1.4其它宽禁带半导体材料1.4.1金刚石金刚石是碳结晶为立方晶体结构的一种材料。
在这种结构中，每个碳原子以“强有力”的刚性化学键与相邻的4个碳原子相连并组成一个四面体。
金刚石晶体中，碳原子半径小，因而其单位体积键能很大，使它比其他材料硬度都高，是已知材料中硬度最高(维氏硬度可达10400kg/mm2)。