氮化鎵單晶襯底
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-24
氮化鎵單晶襯底的實例教程
摘 要
：隨著硅基氮化鎵外延技術的不斷突破，其專用的硅襯底材料的國產化問題日益凸顯。分析了國產片外延后邊緣滑移線密集和裂片問題，提出了硅片邊緣控制和機械強度控制參數和技術指標，為滿足功率器件級氮化鎵外延需求的高質量硅襯底研制指明了一定的方向。
氮化鎵具有高飽和電子速率和擊穿電壓及耐高溫等特性，可用于制作極其惡劣環境下運行的高溫、高頻和大功率電子器件(FET，HEMT)，應用于無線通訊(wireless station)、衛星通信等領域[1-2]。特別是近十年來，以GaN為代表的寬禁帶半導體材料與器件的發展十分迅猛，并對信息科學技術的發展和應用起到了巨大的推動作用。因此，GaN外延材料與器件的制備成了目前炙手可熱的研究課題，國內各研究機構和大學都把主要精力集中在外延技術研究，提升器件性能。作為最有前途的硅基氮化鎵外延技術已經取得突破并應用于生產，而作為專用材料的硅襯底尤其是15.24 cm硅襯底材料，目前多依賴于進口。國內各大硅片廠商多專注于分立器件硅片和硅外延襯底片的研究，對氮化鎵外延技術的特殊性認識不足，使得出現外延后表面滑移線嚴重、外延過程裂片和表面不成晶等多種問題。開展氮化鎵外延專用硅襯底研究，形成統一的技術規范和加工要求，對于促進硅基氮化鎵襯底國產化和產業化具有十分重要的意義。
中國電科46所致力于硅基氮化鎵外延用特種硅襯底研制，與三安光電、晶能光電、蘇州能訊和彩虹藍光等國內知名氮化鎵器件研發企業有深入合作，在LED專用襯底、RF HEMT硅襯底國產化及批產化方面進行了探索與研制，形成了一定的規范標準。
展開 最近，江西又新增了一個氮化鎵項目，目前已有3個氮化鎵項目落戶江西，相關企業包括康佳集團和大連芯冠等。
據《贛南日報》報道，8月17日，贛州經開區舉行了一場線上簽約活動，共有6個項目集中簽約落戶，其中包括總投資2億元的深圳市中科半導體科技有限公司“氮化鎵外延片材料和氮化鎵單晶襯底材料的研發生產項目”。
深圳中科半導體
成立于2021年5月27日，創辦于廣東深圳市龍華區。
據企查查顯示，半導體、新材料、節能技術等研發是公司的一般經營項目，且其投資股東海南九五科技、中科招商、?？谑懈邩丝萍级际莿偝闪⒉痪玫墓尽? 此外，江西還有2個
氮化鎵
項目，且都與
康佳集團
有關系。
2020年11月11日，康佳集團與江西簽約建設“第三代化合物半導體產業園項目”，總投資
300億元
，一期項目投資達50億元。
今年5月17日，這個第三代半導體產業園迎來了首批入駐企業，其中就包括
江西芯創半導體
有限公司。
根據江西政府披露的《硅基氮化鎵外延和電子元器件研發與產業化項目》，該項目實施主體為芯創半導體。
芯創半導體是
大連芯冠
科技有限公司全資子公司，而3月30日，
康佳集團
的子公司康芯威半導體投資了大連芯冠。
展開 昨天，日本又一家企業——豐田合成——宣布成功量產了6英寸氮化鎵單晶襯底。
據豐田合成的最新文獻，他們是通過鈉助溶劑液相法，先在藍寶石襯底上生長籽晶，然后再經過HVPE法生長高質量的氮化鎵單晶，研發時間僅半年。
量產6英寸GaN襯底
2025年營收目標超53億
3月15日，
豐田合成
官網宣布，他們與
大阪大學
合作，成功制造出應用于功率半導體的6英寸
GaN襯底
。
6英寸GaN襯底
據介紹，這項成果是由日本環境省，豐田合成和大阪大學利用
鈉助
溶劑液相法GaN單晶生長法
，生產了超過6英寸的
高質量
GaN 襯底。
制造大直徑GaN襯底的要點（鈉熔劑法）
豐田合
成表示，
6英寸功率半導體氮化鎵襯底的研發得益于
早期LED氮化鎵襯底技術
的積累。
LED產業界認為，對氮化鎵研究得最成功的單位日亞公司和豐田合成。豐田合成從1986年就開始研究GaN基LED的生長技術，1991年在
諾貝爾物理獎得主
赤崎勇教授的指導下，他們
率先
在世界范圍內成功開發出GaN藍光LED。
除了氮化鎵襯底外，豐田從2010年就開始研究
GaN基功率器件
。2015年其GaN基功率器件實現了
50安培
的大電流操作；2016年7月，豐田合成研發出世界
首顆
GaN基
1200V
功率晶體管芯片，工作電流超過20A；并在2019年6月，GaN基功率器件實現了
100安培
的大電流操作。
展開 2021年1月，蘇州納維科技有限公司舉行總部大樓奠基儀式，項目占地面積超1.4萬平方米，總建筑面積超3.4萬平方米，建成后，年產氮化鎵單晶襯底及外延片可達5萬片
2021年4月29日，漢磊（Episil）宣布將投資50億新臺幣（約11.6億人民幣），全力發展氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）外延和器件代工。
2021年6月5日，英諾賽科（蘇州）半導體有限公司舉行量產暨研發樓奠基儀式，全球最大的氮化鎵生產基地正式投產。
此前，英諾賽科表示，項目一期投資總額預計80億元人民幣。投產后產能將逐步爬坡，到2021年底產能達6000片/月。
2022年底項目全部達產后，蘇州工廠將實現年產能78萬片8英寸硅基氮化鎵晶圓，預計年產值150億元，利稅超15億元。
除去新項目開工，產業鏈之間的合作也越發緊密。2021年3月，聞泰科技全資子公司、全球功率半導體領先企業安世半導體宣布，其與國內汽車行業龍頭公司聯合汽車電子有限公司達成合作。
雙方將在功率半導體氮化鎵(GaN)領域展開深度合作，以滿足未來新能源汽車電源系統對技術不斷提升的需求，并共同致力于推動GaN工藝技術在中國汽車市場的研發和應用。
電力電子行業封裝材料的全球供應商賀利氏電子（Heraeus Electronics ），已加入美國電力研究所(PowerAmerica Institute），以推進寬帶隙 (WBG) 半導體的使用。
Heraeus Electronics 的技術專長和 Power America Institute 的行業聯系將加速新材料的開發并支持電力電子行業的擴張。此次合作將使下一代碳化硅和氮化鎵電力電子產品更快地推向市場，降低與新一代技術相關的成本和風險因素。
展開 圖3 全球氮化鎵產業專利申請情況
從技術發展的歷史演進來看，20世紀70年代初出現氮化鎵相關專利申請，1994年之前尚處于探索階段，參與企業較少；1994-2005年進入快速發展期，主要驅動力是LED照明商用化；2010年開始，日本住友、日立等對氮化鎵襯底大尺寸的突破和進一步產品化，促進了相關專利量的進一步快速增長；自2014年起，專利申請量總體趨于穩步發展態勢，年專利申請量基本維持在9000件以上，在這段時期，可見光LED熱度減退，GaN基FET器件、功率/射頻器件、MicroLED等器件熱度上升。
從氮化鎵領域全球技術布局來看，中國、美國和日本為氮化鎵技術熱點布局的市場。其中，美國和日本起步較早，起步于20世紀70年代初，而中國起步雖晚，但后起發力強勁（如圖4）。值得注意的是，目前全球的氮化鎵技術主要來源于日本。
圖4 中、美、日氮化鎵技術專利申請趨勢圖（來源：智慧芽整理）
國內外龍頭企業技術洞察對比
報告顯示，全球氮化鎵主要創新主體的龍頭主要集中于日本。氮化鎵產業國外重點企業包括日本住友、美國Cree、德國英飛凌、韓國LG、三星等（如圖5），中國企業代表有晶元光電、三安光電、臺積電、華燦光電等（如圖6）。但目前中國企業和國外企業相比，專利申請數量仍有一定差距。
圖5 氮化鎵領域國外企業代表（來源：智慧芽整理）
圖6 氮化鎵領域中國企業代表（來源：智慧芽整理）
在這些企業中，日本住友全球率先量產氮化鎵襯底，是全球氮化鎵射頻器件主要供應商，同時也是華為GaN射頻器件主要供應商之一。住友聚焦于襯底和器件方面的研究，其中，器件方面近幾年側重于氮化鎵FET器件。該公司的氮化鎵襯底單晶生長技術側重HVPE法，重點解決襯底缺陷、尺寸等難題。
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昨天，日本又一家企業——豐田合成——宣布成功量產了6英寸氮化鎵單晶襯底。
據豐田合成的最新文獻，他們是通過鈉助溶劑液相法，先在藍寶石襯底上生長籽晶，然后再經過HVPE法生長高質量的氮化鎵單晶，研發時間僅半年。
第三代半導體氮化鎵產業范圍 涵蓋氮化鎵單晶襯底、半導體器件芯片設計、制造、封測以及芯片 等主要應用場景。
氮化鎵應用范圍廣泛，作為支撐“新基建”建設的關鍵核心器件，其 下游應用切中了 “新基建”中5G基站、特高壓、新能源充電樁、城際高鐵等主要領域。
據《贛南日報》報道，8月17日，贛州經開區舉行了一場線上簽約活動，共有6個項目集中簽約落戶，其中包括總投資2億元的深圳市中科半導體科技有限公司“氮化鎵外延片材料和氮化鎵單晶襯底材料的研發生產項目”。
深圳中科半導體
成立于2021年5月27日，創辦于廣東深圳市龍華區。
