适合5G应用的高频衬底材料介绍

　　就非常大的工作频率范围来说，GaN作为一种高性能应用的衬底材料之所以获得成功，是因为业界围绕将GaN基器件与CMOS器件的集成做了大量的研究活动。让我们以采用GaN作为衬底而制造的LED为例来说明，在2012年1月1日的《JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY（光波威廉希尔官方网站 杂志）》第一期第30卷的一篇文章有详细介绍（见图1）：
　　“……，我们已经报道了来自8×8阵列可单独寻址微发光二极管（micro LED）的像素的调制带宽——像素直径范围为14至84μm，峰值发光波长分别为370、405、450和520nm。对于使用标准外延LED晶圆和光刻工艺实现的单个发光器，观察到的最高光学-3dB带宽超过400MHz。
　　我们已发现一种特定micro LED像素的调制带宽，随着注入电流密度的增加而增加，这要归因于随着micro LED有源区内电流密度（载流子密度）的增加，差分载流子的寿命被降低。较小面积的micro LED具有比较大面积的同类micro LED更高的最大调制带宽，这是因为它们能够以更高的注入电流密度工作。通过一个高速探头可以寻址‘裸’micro LED，由此观察到这些高带宽。
　　作为朝着更实用的多发光器光学数据发射器方向迈出的一步，450nm发射的micro LED与CMOS驱动器阵列芯片的集成使得阵列中的每个像素都可以通过简单的计算机接口和控制板来控制。CMOS控制下的micro LED的调制带宽高达185MHz，使用开关键控的无差错数据传输速度高达512Mbps比特率。
　　与裸micro LED器件的测量相比，虽然这代表着频率响应的降低，但是通过CMOS控制的micro LED提供的附加功能实现了良好的折衷，其中包括可以对阵列中的每个像素进行方便的计算机控制，以及通过独立调制多达16列micro LED来实现高吞吐量并行数据传输的潜力。”（资料来源：《Visible-Light Communications Using a CMOS-Controlled Micro-Light-Emitting-Diode Array（使用CMOS控制micro LED阵列进行可见光通信）》，作者：Jonathan JD McKendry、David Massoubre、Shuailong Zhang、Bruce R. Rae、Richard P. Green、Erdan Gu、Robert K. Henderson、AE Kelly，以及IEEE会士Martin D. Dawson）
　　
　　图1：基于AlInGaN合金系统的发光二极管可以产生可见光谱范围内外的节能光（资料来源：ResearchGate.net）
　　GaN在电子产品中成功应用的另一个例子是新加坡南洋理工大学（NTU）副教授Boon Chirn Chye的研究（见图2）：
　　
　　图2：Boon Chirn Chye教授的研究主要集中在GaN和CMOS RFIC（资料来源：ntu.edu）
　　对GaN衬底材料的大量研究已经在半导体市场看到结果。实际上，GaN和CMOS的集成对于半导体领域的大型公司来说将变得越来越重要。在下一部分中，我们将探讨这个有趣的市场发展，以及参与其中的玩家。