近日，東莞市中鎵半導體科技有限公司（以下簡稱“中鎵半導體”）宣布取得重大技術突破，成功攻克6英寸及8英寸氮化鎵（GaN）單晶襯底的制備技術。
圖片來源：中鎵半導體
這一成果依托于#中鎵半導體 自主研發(fā)的超大型氫化物氣相外延設備（HVPE），不僅填補了國際上HVPE工藝在6英寸及8英寸GaN單晶襯底領域的技術空白，更標志著我國在該領域成功搶占了技術制高點。
氮化鎵（GaN）作為第三代寬禁帶半導體的代表性材料，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與物理特性，在消費電子、光電子、電力電子器件、通信與雷達等領域具有重要應用。
大尺寸襯底支撐的同質外延生長優(yōu)勢，將進一步提升器件性能及拓展相關應用。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在兩點：一是用于GaN單晶生長的HVPE設備通常只兼容2-4英寸襯底；二是異質襯底（如藍寶石、硅）與GaN間存在晶格失配與熱膨脹系數差異，導致GaN中存在難以解決的晶格應力及伴生的翹曲問題。
圖片來源：中鎵半導體 圖為中鎵半導體2-8英寸GaN單晶襯底
中鎵半導體通過自主研發(fā)的超大型HVPE設備，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；近期更進一步實現了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，其關鍵性能指標已達到國際領先水平，為大尺寸GaN進入半導體制程奠定了堅實基礎。
據悉，中鎵半導體的8英寸GaN單晶襯底具備以下卓越性能指標：
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)。
據悉，中鎵半導體的這一技術突破具有重要的產業(yè)價值。長期以來，大尺寸GaN單晶襯底技術主要由日本企業(yè)主導。此次突破不僅打破了國外技術壟斷，更使我國在該領域掌握關鍵話語權，有望推動8英寸GaN單晶襯底成為國際主流工藝標準，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有8英寸硅基半導體產線設備，顯著縮短GaN on GaN器件的研發(fā)周期，同時降低產線轉型成本，加速產業(yè)化進程。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量顯著增加，從而大幅降低器件單位成本，并提高整體生產效率。
公開資料顯示，中鎵半導體成立于2009年1月，是廣東光大企業(yè)集團在半導體領域布局的重點產業(yè)化項目，致力于第三代半導體氮化鎵研發(fā)與產業(yè)化的高新技術企業(yè)。公司位于廣東省東莞市松山湖高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)，擁有氮化鎵襯底材料及半導體設備生產基地。中鎵半導體掌握GaN單晶襯底制備、GaN外延生長、GaN器件制造等核心技術，并自主開發(fā)HVPE氮化鎵晶體生長設備，形成核心技術壁壘。
值得注意的是，目前，行業(yè)內多家企業(yè)在6/8英寸GaN襯底制備領域積極布局，展現出良好的發(fā)展態(tài)勢。
鎵仁半導體在今年上半年采用完全自主創(chuàng)新的鑄造法成功實現8英寸氧化鎵單晶生長，并可加工出相應尺寸的晶圓襯底；西電廣研院已在6英寸、8英寸藍寶石襯底上實現GaN功率器件的關鍵突破，外延片的晶體質量、均勻性均達到商用標準；中電化合物半導體則實現了4英寸、6英寸半絕緣碳化硅襯底上GaN異質結的穩(wěn)定供應；英諾賽 在蘇州建設的8英寸硅基GaN產線已實現量產，月產能達到3萬片；晶湛半導體計劃在未來幾年內將12英寸GaN外延片的年產能提升至100萬片。
（集邦化合物半導體 EMMA 整理）
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