Les matériaux semi-conducteurs de troisième génération possèdent des avantages de performance qui sont inégalés par les matériaux de silicium. Lorsque l’on considère des caractéristiques telles que la largeur de bande passante, la conductivité thermique et le champ de panne, les semi-conducteurs de troisième génération surpassent le silicium. Par conséquent, l’introduction de semi-conducteurs de troisième génération peut efficacement répondre aux limites des matériaux de silicium, améliorant la dissipation thermique des appareils, les pertes de conduction, le fonctionnement à haute température, les capacités à haute fréquence, et plus encore. Il est salué comme un nouveau moteur pour des industries comme l’optoélectronique et la microélectronique.

Parmi eux, le nitrure de Gallium (GaN) bénéficie d’une grande polyvalence et est considéré comme l’un des matériaux semi-conducteurs les plus importants après le silicium. Par rapport aux dispositifs d’alimentation à base de silicium largement utilisés, les dispositifs d’alimentation GaN présentent une intensité de champ électrique critique plus élevée, une résistance à l’état plus faible, des fréquences de commutation plus rapides, permettant une efficacité et un fonctionnement plus élevés du système à des températures élevées.

Actuellement, les dispositifs à base de gna sont principalement fabriqués sur des substrats hétérogènes tels que le silicium et le saphir. Cela a entraîné le développement de substrats monocristaux GaN et de dispositifs homoépitaxiaux par rapport aux applications basées sur des dispositifs hétéroépitaxiaux.

1.Substrat de saphir

Le saphir (α-Al2O3), également connu sous le nom de corindon, est le matériau de substrat de LED le plus largement utilisé dans les applications commerciales, dominant une part significative du marché de substrat de LED. Dans ses premières applications, les substrats de saphir ont démontré leurs avantages uniques. Les couches minces GaN cultivées sur des substrats de saphir présentent une densité de dislocation comparable à celles cultivées sur des substrats SiC. De plus, saphir utilise la technique de la croissance fondue, qui est un processus plus mature. Cela permet de produire des monocristaux de grande taille et de haute qualité à moindre coût, ce qui le rend adapté au développement industriel. Par conséquent, le saphir est le matériau de substrat le plus ancien et le plus largement utilisé dans l’industrie des LED.

2. Silicium monocristal

Le silicium est actuellement le matériau semi-conducteur le plus utilisé et le plus mûr sur le plan technologique. En raison de la maturité élevée de la technologie de croissance de silicium monocristalline, il est facile d’obtenir des substrats de haute qualité à faible coût, de grande taille (6-12 pouces), réduisant considérablement le coût de production de LED. En outre, le silicium monocristallin étant déjà largement utilisé dans le domaine de la microélectronique, l’utilisation de substrats de silicium monocristallin permet l’intégration directe de puces LED avec des circuits intégrés, favorisant ainsi la miniaturisation des dispositifs LED. En outre, le silicium monocristallin offre quelques avantages par rapport au substrat LED le plus utilisé, le saphir. Il a une conductivité thermique plus élevée, une bonne conductivité électrique et la capacité de fabriquer des structures verticales, ce qui le rend plus approprié à la production de LED de haute puissance.