GaN與GaAs晶元各自的優缺點是什麼呢？

05-25

相互之間的不可替代性又是什麼呢？

透明學渣強答一記……首先說說GaN的一些比較重要的優點吧：

1. 由於GaN的禁帶寬度大，所以其擊穿電壓很高，適合於高電壓高功率的器件；

2. 大禁帶寬度也使得GaN的本徵摻雜n~exp(-Eg/2kT)較低，並且其散熱性能比GaAs更好，更適合在高溫下的工作；

3. GaN的電子遷移率也大於GaAs, 對於高頻率信號而言的響應更佳；

4. 綜上所說，GaN的JFoM, 即Johnson figure of merit=(vsat*Ebd/4pi)^2=const的值要大於GaAs;

5. 在一些新型晶體管器件比如HFET（異質結場效應管）中，AlGaN/GaN邊界處形成2DEG(two dimensional electron gas)的原理與AlGaAs/GaAs不同——前者是由於AlGaN中的polarization大於GaN, 在界面處形成一層正的極化電荷，於是要由自由電子來補償的效應，可看作一種quantem confined stark effect；後者是由於AlGaAs中的n型摻雜提供電子進入GaAs並被束縛在異質結處的量子阱內。這兩種機制下形成的2DEG的electron sheet concentration是前者遠大於後者，這也使得GaN HFET中獲得的電流明顯更大。

當然GaN也有一些不足之處，比如難以實現高濃度的p型摻雜，還有異質結襯底（藍寶石，SiC, Si）給epitaxy造成的難度以及對於晶體質量的影響。像是對於quantem cascaded laser這種器件來說，最常用的材料體系還是AlGaAs/GaAs一類，因為QCL的active region一般需要好幾十層很薄的晶片，而AlGaN/GaN在此生長過程中會形成更多的缺陷，導致晶體質量不如前者。另外在發光半導體器件中，不同禁帶寬度的材料對應發出的不同光波長，比如AlGaAs用在IR和紅光，AlGaInP根據各元素比例不同用於紅橙黃綠色光，而InGaN用於綠光藍光等。GaN系統的LED還有一個efficiency droop的問題，即在較大的注入電流下，器件的效率會下降。目前人們提出了很多可能的原因，比如MQW結構中的leak current, 空穴注入和電子注入的不對稱，以及Auger recombination等，同時也研究出了相應的改善方法，比如將器件極性上下顛倒（從p上n下變成p下n上），增加electron blocking layer, 給barrier中加入p摻雜，以及使用更厚的barrier等等。

想到哪裡說哪裡，隨便回答一下，水平不夠就不寫總結性的話了 (~_~;)

GaAs產品成熟，可靠性好，同時由於載流子電子遷移率高，用於超高速電子器件中。GaN擊穿電壓高，用於微波功率器件其功率密度可達GaAs的5-10，但是可靠性差，成本高