東莞市中鎵半導(dǎo)體科技有限公司近日宣布取得一項(xiàng)重大技術(shù)突破：成功攻克6英寸及8英寸氮化鎵單晶襯底（Free-Standing GaN Substrate）的制備技術(shù)！該成果依托自主研發(fā)的超大型氫化物氣相外延設(shè)備（HVPE）實(shí)現(xiàn)，這不僅填補(bǔ)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(diǎn)。

中鎵半導(dǎo)體8英寸GaN單晶襯底 

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(qiáng)、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(fèi)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。 

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(diǎn)：

1. 用于GaN單晶生長的HVPE設(shè)備通常只兼容2-4英寸襯底；

2. 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。

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；近期更實(shí)現(xiàn)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)體制程奠定基礎(chǔ)。 

性能參數(shù)：

襯底厚度：＞450μm；

表面粗糙度：Ra＜0.1nm；

位錯(cuò)密度：＜2E6 cm-2；

FWHM：＜80 arcsec；

材料本底載流子濃度：<5E16 cm-3；

電子遷移率：>800 cm2/(V·s)

中鎵半導(dǎo)體專利墻

產(chǎn)業(yè)價(jià)值

GaN單晶襯底步入8英寸時(shí)代，將帶來以下產(chǎn)業(yè)價(jià)值：

1、產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略意義：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)。本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(dòng)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；

2、大尺寸兼容性：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(shí)降低產(chǎn)線轉(zhuǎn)型成本，加速產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程；

3、生產(chǎn)效率與成本效益的躍升：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。

 （來源：中鎵半導(dǎo)體）