近日，東莞市中鎵半導(dǎo)體科技有限公司（以下簡稱“中鎵半導(dǎo)體”）宣布取得重大技術(shù)突破，成功攻克6英寸及8英寸氮化鎵（GaN）單晶襯底的制備技術(shù)。
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圖片來源：中鎵半導(dǎo)體
這一成果依托于#中鎵半導(dǎo)體 自主研發(fā)的超大型氫化物氣相外延設(shè)備（HVPE），不僅填補了國際上HVPE工藝在6英寸及8英寸GaN單晶襯底領(lǐng)域的技術(shù)空白，更標(biāo)志著我國在該領(lǐng)域成功搶占了技術(shù)制高點。
氮化鎵（GaN）作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體的代表性材料，憑借其寬帶隙、高擊穿場強、高電子遷移率、優(yōu)異的抗輻射能力等電學(xué)與物理特性，在消費電子、光電子、電力電子器件、通信與雷達(dá)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。
大尺寸襯底支撐的同質(zhì)外延生長優(yōu)勢，將進(jìn)一步提升器件性能及拓展相關(guān)應(yīng)用。然而，目前業(yè)界主流的GaN單晶襯底仍處在2-4英寸階段，其制約因素主要體現(xiàn)在兩點：一是用于GaN單晶生長的HVPE設(shè)備通常只兼容2-4英寸襯底；二是異質(zhì)襯底（如藍(lán)寶石、硅）與GaN間存在晶格失配與熱膨脹系數(shù)差異，導(dǎo)致GaN中存在難以解決的晶格應(yīng)力及伴生的翹曲問題。
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圖片來源：中鎵半導(dǎo)體 圖為中鎵半導(dǎo)體2-8英寸GaN單晶襯底
中鎵半導(dǎo)體通過自主研發(fā)的超大型HVPE設(shè)備，于2024年初攻克了大尺寸GaN單晶生長中常見的開裂與翹曲難題，成功開發(fā)出6英寸GaN單晶襯底；近期更進(jìn)一步實現(xiàn)了8英寸GaN單晶襯底的突破性開發(fā)，并通過研磨與粗精拋光工藝獲得完整單晶襯底，其關(guān)鍵性能指標(biāo)已達(dá)到國際領(lǐng)先水平，為大尺寸GaN進(jìn)入半導(dǎo)體制程奠定了堅實基礎(chǔ)。
據(jù)悉，中鎵半導(dǎo)體的8英寸GaN單晶襯底具備以下卓越性能指標(biāo)：
襯底厚度＞450μm；
表面粗糙度Ra＜0.1nm；
位錯密度＜2×10^6 cm^-2；
FWHM＜80 arcsec；
材料本底載流子濃度＜5×10^16 cm^-3；
電子遷移率＞800 cm2/(V·s)。
據(jù)悉，中鎵半導(dǎo)體的這一技術(shù)突破具有重要的產(chǎn)業(yè)價值。長期以來，大尺寸GaN單晶襯底技術(shù)主要由日本企業(yè)主導(dǎo)。此次突破不僅打破了國外技術(shù)壟斷，更使我國在該領(lǐng)域掌握關(guān)鍵話語權(quán)，有望推動8英寸GaN單晶襯底成為國際主流工藝標(biāo)準(zhǔn)，重新定義行業(yè)新規(guī)范。
8英寸GaN單晶襯底可直接適配現(xiàn)有8英寸硅基半導(dǎo)體產(chǎn)線設(shè)備，顯著縮短GaN on GaN器件的研發(fā)周期，同時降低產(chǎn)線轉(zhuǎn)型成本，加速產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。此外，8英寸GaN單晶襯底能提升材料利用率，單片晶圓可切割的芯片數(shù)量顯著增加，從而大幅降低器件單位成本，并提高整體生產(chǎn)效率。
公開資料顯示，中鎵半導(dǎo)體成立于2009年1月，是廣東光大企業(yè)集團(tuán)在半導(dǎo)體領(lǐng)域布局的重點產(chǎn)業(yè)化項目，致力于第三代半導(dǎo)體氮化鎵研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化的高新技術(shù)企業(yè)。公司位于廣東省東莞市松山湖高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)，擁有氮化鎵襯底材料及半導(dǎo)體設(shè)備生產(chǎn)基地。中鎵半導(dǎo)體掌握GaN單晶襯底制備、GaN外延生長、GaN器件制造等核心技術(shù)，并自主開發(fā)HVPE氮化鎵晶體生長設(shè)備，形成核心技術(shù)壁壘。
值得注意的是，目前，行業(yè)內(nèi)多家企業(yè)在6/8英寸GaN襯底制備領(lǐng)域積極布局，展現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢。
鎵仁半導(dǎo)體在今年上半年采用完全自主創(chuàng)新的鑄造法成功實現(xiàn)8英寸氧化鎵單晶生長，并可加工出相應(yīng)尺寸的晶圓襯底；西電廣研院已在6英寸、8英寸藍(lán)寶石襯底上實現(xiàn)GaN功率器件的關(guān)鍵突破，外延片的晶體質(zhì)量、均勻性均達(dá)到商用標(biāo)準(zhǔn)；中電化合物半導(dǎo)體則實現(xiàn)了4英寸、6英寸半絕緣碳化硅襯底上GaN異質(zhì)結(jié)的穩(wěn)定供應(yīng)；英諾賽 在蘇州建設(shè)的8英寸硅基GaN產(chǎn)線已實現(xiàn)量產(chǎn)，月產(chǎn)能達(dá)到3萬片；晶湛半導(dǎo)體計劃在未來幾年內(nèi)將12英寸GaN外延片的年產(chǎn)能提升至100萬片。
（集邦化合物半導(dǎo)體 EMMA 整理）
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